【文章信息】
共价有机框架在电池中的应用
第一作者：Dongyang Zhu
通讯作者：Guiyin Xu*，Muhammad M. Rahman*, Rafael Verduzco, Pulickel M. Ajayan
单位：莱斯大学，麻省理工学院
【研究背景】
共价有机框架是一类通过共价键连接的有机多孔晶体。共价有机材料拥有丰富的孔结构，高比表面积，可设计的化学组成和结构等优异性质，所以近年来这类材料在电池应用中引起了广泛的关注。
这篇综述系统性地总结了共价有机框架在各类电池中的应用，包括正负极，电解质，隔膜。本文分析了此类材料的优缺点，针对此类材料存在的问题，作者提出了自己的见解和可能的解决方案，有助于推动有机框架材料在电池领域的基础研究以及实际应用。
【文章简介】
近日，来自莱斯大学Ajayan教授, Verduzco教授，Rahman博士与麻省理工学院Guiyin Xu博士合作，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Covalent Organic Frameworks for Batteries”的综述文章。
该综述文章系统地总结了共价有机框架在不同电池中的应用，包括正极、负极、电解质、分离膜，系统地分析了该类材料作为电池中关键材料的优缺点，同时对共价有机框架在电池应用中存在的问题提出可行的解决方案，并总结提出未来需要发展的方向。
图1.共价有机框架在不同电池中应用示意图。
【本文要点】
要点一：共价有机框架作为锂电池的正负极、电解质和隔膜材料
共价有机框架拥有丰富的孔道结构，高比表面积和可设计的化学组成，在电池中有着巨大的应用前景。这篇综述系统地介绍了共价有机框架在锂电池的电极材料、电解质和隔膜中的应用
在电极材料的应用中，研究人员设计不同材料的结构和不同活性位点，提出掺杂策略提高共价有机框架稳定性，通过剥离块体框架材料暴露更多活性位点，从而提升锂离子迁移速率。
在负极材料中，这篇综述总结了共价有机框架从不稳定亚胺结构到稳定的亚酰胺结构的发展。作为电解质材料，作者总结了离子型结构、孔道官能团化、孔归一取向等策略提高锂电池的电化学性能。
要点二：共价有机框架在高容量锂硫电池中的应用
共价有机框架丰富的孔结构使之成为优异的硫包覆材料，可以有效地减缓锂硫电池存在的穿梭效应，抑制硫活性物质的减少，从而提升锂硫电池的循环性能。
作者系统地总结了基于共价有机框架的物理法包覆硫和化学法包覆硫的应用，着重分析了有机框架的化学组成和结构对硫放电容量和循环性能的影响。
此外，共价有机框架作为隔膜涂覆材料也能有效减缓穿梭效应，进一步改善锂硫电池的电化学性能。
要点三：共价有机框架在钠钾锌等电池中的应用
钠电池、钾电池、锂二氧化碳电池、锌离子电池、锌空电池等新型电池也表现出优异的应用前景，在这些电池中共价有机框架也有着广泛的应用。
作者从化学结构方面总结了有机框架材料在这系列电池中的应用，并逐一分析了该材料在特定电池类型中存在的缺陷，并提出可行的解决方法。
要点四：前瞻
针对共价有机框架材料在电池中实际应用中存在的问题，作者提出了解决策略。作者就如何批量合成框架材料，提高框架材料的结晶性，导电性和稳定性，提升离子迁移速率以及提高能量密度等关键问题进行了详细分析和见解。
【文章链接】
Covalent Organic Frameworks for Batteries
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202100505
原文刊载于【科学材料站】公众号
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