ACS Energy Lett.：利用具有尺寸选择性COF抑制有机电池中的穿梭效应

有机电池因其元素丰富、对环境影响小而前景广阔，但由于溶解的氧化还原中间体的穿梭效应，其容量往往会衰减。

图1. 制备双层COF膜的两种方法的比较

美国休斯顿大学姚彦、Devin L. Shaffer等引入了一种双层TpPa@PP膜，以解决上述问题，它由70纳米的共价有机框架(COF)薄膜组成，通过界面聚合合成，随后沉积在聚丙烯基底上。通过界面聚合合成，COF厚度达到了纳米级精度，同时还实现了支撑层与COF层的独立可调性。

此外，作者进行了渗透研究和小分子排斥测试，以确定TpPa@PP膜的传输特性和孔径分布，结果表明，TpPa@PP能有效阻断可溶性有机中间产物的穿梭，而对Li⁺离子的传输影响极小。

图2. 渗透实验

实验显示，当TpPa@PP膜与芘-4,5,9,10-四酮（PTO）（一种具有高容量但存在显著溶解问题的有机正极）配对时，它能有效阻止体积庞大的PTO和Li₂-PTO物种在H型电池中的交叉，从而提高了首次循环库仑效率，并略微增强了循环稳定性。总体而言，这项工作为有机电池的隔膜设计提供了重要启示。

图3. 电化学性能研究

Suppressing Shuttle Effect with a Size-Selective Covalent Organic Framework Based Bilayer Membrane. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01740