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韩国研究人员开发COF固体离子导体 有望成为下一代电池的原料

韩国研究人员开发COF固体离子导体 有望成为下一代电池的原料

(图源:UNIST)

据外媒报道,韩国蔚山国家科学技术研究院(UNIST)的研究人员,演示了一种新型无溶剂单锂离子导电共价有机骨架。这项研究由 UNIST能源和化学工程学院的教授Sang-Young Lee 和Sang Kyu Kwak共同领导。在研究过程中,研究小组展示“固体离子导体”的新概念,可以有选择性地使锂离子通过离子通道。由于它们是固体,而且能够有效地传输锂离子,有望成为下一代电池的原料,如高压电池或锂金属电池。

目前,锂离子电池所使用的是高度易燃液体电解质,非常容易发生火灾或爆炸。作为替代方案,固体电解质正在开发中,但它的离子传导率低于液体电解质。特别是在提升电池性能方面,很多固体电解质存在局限性,因为离子的迁移路径曲折而复杂。

Lee教授利用多孔晶体材料作为离子导体,比如共价有机骨架(COF),来解决这一问题。通过在材料内部有规律地安排锂离子通道,极大地提高离子传导性能。这项研究的第一作者、UNIST能源与化学工程学院的Kihun Jeong博士说:“新开发的离子导体是一种完全不使用液体的固相载体,实现固态单锂离子的导电行为。”

单锂离子导电行为是指理想的情况下,只有锂离子通过电解质传输。由于锂离子是阳离子,所以很容易与阴离子一起移动。不必要的阴离子迁移会在电极表面引起副反应,降低电池性能。 本项研究将阴离子固定在锂离子通过的路径中,并利用与锂离子配对的阴离子单体合成有机骨架结构。这样,只有锂离子沿通道流动,实现理想的流动状态。研究人员从理论上确定计算化学的用途。在计算科学中,锂离子沿着离子导体通道中有规律排列的氧原子移动。

Lee教授说:“这项研究为固体离子导体的设计提供新方向,为‘高性能固体电解质’的开发奠定基础。这对下一代电池的商业化至关重要,包括所有固态电池。这种导体可以选择性地、有效地输送锂离子,而且完全不必使用容易爆炸的有机溶剂,具有非凡的意义。这些离子导体不仅适合作为固态电池的电解质,而且可以应用于高活性锂金属电极。”

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