阿德莱德/复旦/上理工Nat. Commun.：氟化COF实现高倍率和耐用的水系锌离子电池

可充水系锌离子电池（RZIBs）由于其低成本、无毒和本质安全性，为现有锂离子电池提供了有希望的补充。然而，锌负极存在锌枝晶生长和电解液腐蚀等问题，可逆性较差。

澳大利亚阿德莱德大学郭再萍、复旦大学卢红斌、郭佳、上海理工大学彭成信等开发了一种超薄的氟化二维多孔共价有机框架(FCOF)膜作为Zn表面的保护层。

图1 FCOF结构设计及稳定机理阐明

FCOF薄膜优势在于：

i)FCOF中的F与Zn之间的强相互作用降低了Zn (002)晶面的表面能，从而在电沉积过程中实现了沿(002)晶面的优先平面生长；

ii) FCOF薄膜连续致密，与Zn有很强的附着力，完整地保持在Zn表面，从而提供持久的保护；

iii) 二维堆叠和共价键使薄膜实现了>30 GPa的弹性模量，可以缓冲循环过程中Zn的体积膨胀；

iv) FCOF薄膜非常轻薄，可在纳米级精确调节，而不会影响Zn负极的能量密度；

v)含氟多孔纳米通道赋予薄膜良好的疏水性，有利于去溶剂化，从而促进水合Zn²⁺的快速传输，并减少水系电解液对Zn的腐蚀。

图2 改性锌负极的性能

因此，FCOF@Zn对称电池在40 mA cm⁻²的超高电流密度下可实现超过750 h的稳定性。与二氧化锰正极配对组装的全电池，在贫电解液、高面积容量正极和有限锌过量的实用条件下，稳定循环超过250次。

该方法的二维COF设计也可用于其他无枝晶、长寿命和高安全性的金属负极电池，如锂、钠、钾和镁。重要的是，抑制枝晶形成的稳定机制不限于FCOF，因此，它可能合理地导致先进隔膜和液体/凝胶/固体电解质的材料设计，以实现高能量密度电池。

图3 全电池性能

Horizontally arranged zinc platelet electrodeposits modulated by fluorinated covalent organic framework film for high-rate and durable aqueous zinc ion batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26947-9

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/13/1eb8f7d5af/

阿德莱德/复旦/上理工Nat. Commun.：氟化COF实现高倍率和耐用的水系锌离子电池

相关推荐

分享到：