COF固體離子導(dǎo)體 有望成為下一代電池的原料

（圖源UNIST）

據(jù)外媒報道，韓國蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究院（UNIST）的研究人員，演示了一種新型無溶劑單鋰離子導(dǎo)電共價有機骨架。這項研究由 UNIST能源和化學(xué)工程學(xué)院的教授Sang－Young Lee 和Sang Kyu Kwak共同領(lǐng)導(dǎo)。在研究過程中，研究小組展示“固體離子導(dǎo)體”的新概念，可以有選擇性地使鋰離子通過離子通道。由于它們是固體，而且能夠有效地傳輸鋰離子，有望成為下一代電池的原料，如高壓電池或鋰金屬電池。

目前，鋰離子電池所使用的是高度易燃液體電解質(zhì)，非常容易發(fā)生火災(zāi)或爆炸。作為替代方案，固體電解質(zhì)正在開發(fā)中，但它的離子傳導(dǎo)率低于液體電解質(zhì)。特別是在提升電池性能方面，很多固體電解質(zhì)存在局限性，因為離子的遷移路徑曲折而復(fù)雜。

Lee教授利用多孔晶體材料作為離子導(dǎo)體，比如共價有機骨架（COF），來解決這一問題。通過在材料內(nèi)部有規(guī)律地安排鋰離子通道，極大地提高離子傳導(dǎo)性能。這項研究的第一作者、UNIST能源與化學(xué)工程學(xué)院的Kihun Jeong博士說“新開發(fā)的離子導(dǎo)體是一種完全不使用液體的固相載體，實現(xiàn)固態(tài)單鋰離子的導(dǎo)電行為。”

單鋰離子導(dǎo)電行為是指理想的情況下，只有鋰離子通過電解質(zhì)傳輸。由于鋰離子是陽離子，所以很容易與陰離子一起移動。不必要的陰離子遷移會在電極表面引起副反應(yīng)，降低電池性能。 本項研究將陰離子固定在鋰離子通過的路徑中，并利用與鋰離子配對的陰離子單體合成有機骨架結(jié)構(gòu)。這樣，只有鋰離子沿通道流動，實現(xiàn)理想的流動狀態(tài)。研究人員從理論上確定計算化學(xué)的用途。在計算科學(xué)中，鋰離子沿著離子導(dǎo)體通道中有規(guī)律排列的氧原子移動。

Lee教授說“這項研究為固體離子導(dǎo)體的設(shè)計提供新方向，為‘高性能固體電解質(zhì)’的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。這對下一代電池的商業(yè)化至關(guān)重要，包括所有固態(tài)電池。這種導(dǎo)體可以選擇性地、有效地輸送鋰離子，而且完全不必使用容易爆炸的有機溶劑，具有非凡的意義。這些離子導(dǎo)體不僅適合作為固態(tài)電池的電解質(zhì)，而且可以應(yīng)用于高活性鋰金屬電極。”