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聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物電解質的多孔結構及其無序的離子傳輸特性限制了鋰離子(Li+)的連續高效傳輸，這是進一步提高離子電導率的主要挑戰。

在此，清華大學深圳國際研究生院Yan-Bing He, Ke Yang通過將熱處理的聚丙烯腈纖維網絡與互連的金屬有機骨架涂層(h-PAN@MOF)耦合，構建了一種具有三維連續Li⁺傳輸網絡的致密復合固態電解質。

文章要點

1）MOF晶體表面與N,N二甲基甲酰胺(DMF)的C=O表現出強相互作用，有效削弱了Li⁺溶劑化結構中DMF的Li⁺-O結合強度。構建了高效的Li⁺傳輸通道和網絡，實現了1.03×10^–3 S cm^–1的高離子電導率。

2）MOF參與的Li⁺配位環境促使形成穩定的界面相。h-PAN@MOF網絡還有助于致密電解質具有高拉伸強度(20.84 MPa)。具有h-PAN@MOF網絡的Li||LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂全電池在5C下實現了1000次的穩定循環。

這項工作為快速充電固態鋰金屬電池提供了一種調節固態電解質中Li+配位狀態及其空間分布的簡便策略。

參考文獻

Yiteng Ma, et al, Competitive Li-ion Coordination Constructing Three-Dimensional Transport Network for Ultra-High Ionic Conductivity of Composite Solid-State Electrolyte, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE03134B