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開發(fā)多功能隔膜可以有效解決鋰金屬電池（LMBs）的鋰枝晶和安全問題。

電子科技大學(xué)劉孝波、賈坤等人設(shè)計(jì)了一種功能性隔膜以調(diào)節(jié)鋰離子傳輸并提高LMBs的安全性。

圖1. 材料制備

具體而言，通過在聚多巴胺（PDA）預(yù)改性耐高溫多孔超工程聚芳醚腈 (PEN@PDA)兩側(cè)原位生長(zhǎng)連續(xù)剛性MOF層來調(diào)節(jié)鋰離子通量分布并抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。鑒于其在聚合物基底上原位生長(zhǎng)的可行性、耐熱性和陰離子吸附能力，這里選擇ZIF-67作為MOFs的代表性材料來構(gòu)建MOFs/聚合物/MOFs隔膜。更具體地說，涂有PDA的PEN膜作為反應(yīng)性基質(zhì)，能夠原位生長(zhǎng)均勻的MOF表面層，其精細(xì)的形態(tài)和表面覆蓋率可以通過簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)MOF前體溶液的溶劑組成來調(diào)節(jié)。

?劉孝波/賈坤AFM：三明治結(jié)構(gòu)MOF修飾隔膜實(shí)現(xiàn)無枝晶安全鋰金屬電池！

圖2. 三明治結(jié)構(gòu)MOFs/聚合物/MOFs隔膜的表征

獲得的三明治結(jié)構(gòu)MOFs/聚合物/MOFs隔膜有利于鋰離子傳輸?shù)木鶆驍U(kuò)散和電解液的快速擴(kuò)散。由于PEN@PDA膜上MOFs層的親陰離子特性和明確的固有微孔結(jié)構(gòu)，鋰遷移數(shù)(t_Li+)從0.22增加到0.81。

密度泛函理論計(jì)算驗(yàn)證了MOFs層對(duì)陰離子遷移的限制。正如預(yù)期的那樣，具有大比表面和均勻微孔尺寸的三明治結(jié)構(gòu)MOFs/PEN@PDA/MOFs（以下簡(jiǎn)稱MOFs/NA/MOFs）隔膜能夠?qū)崿F(xiàn)鋰的均勻生長(zhǎng)和高度穩(wěn)定的鋰沉積剝離。此外，MOFs/NA/MOFs隔膜繼承了超工程PEN基體優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高了LMBs的安全性能。因此，與采用傳統(tǒng)PP隔膜的電池相比，采用MOFs/NA/MOFs隔膜的LFP/Li電池表現(xiàn)出顯著提高的循環(huán)和倍率性能。

圖3. 全電池性能

Metal-Organic Framework Sandwiching Porous Super-Engineering Polymeric Membranes as Anionphilic Separators for Dendrite-free Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207969

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