Металлоорганические каркасные нанолисты: многообещающее решение для себя

Исследовательская группа из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук (CAS) представила новую стратегию использования нанолистов металлоорганического каркаса (MOF) в качестве переносчиков ионов для создания самооптимизируемых цинковых анодов. Этот прорыв может решить проблемы, с которыми сталкиваются водные перезаряжаемые цинк-ионные батареи, в частности плохую обратимость цинкового анода, вызванную образованием дендритов и побочными реакциями.

Команда под руководством профессора Янга Вейшена и доктора Чжу Кайюэ обнаружила, что нанолисты MOF обладают уникальными свойствами, которые делают их подходящими для этого применения. Их одномерная структура каналов обеспечивает миграцию ионов Zn2+ под действием электрического поля, а их преимущественная адсорбция Zn2+ позволяет им служить эффективными переносчиками ионов Zn2+. Более того, слабая координация между лигандами и ионами цинка в нанолистах MOF способствует их восстановительному химическому составу, что помогает оптимизировать цинковый электрод во время циклирования.

В процессе цикла нанолисты MOF постепенно восстанавливают цинковый анод, что приводит к горизонтально выровненной морфологии, напоминающей ламели, и улучшенной текстуре. Это объясняется горизонтальным выравниванием ионов Zn2+ из-за ограничений нанолистов MOF. Кроме того, присутствие лигандов MOF помогает устранить нежелательные побочные продукты, которые превращаются в полезные нанолисты MOF. В результате цинковый анод демонстрирует улучшенные характеристики циклической работы как при низких, так и при высоких скоростях.

Это исследование демонстрирует многообещающий потенциал стратегии «носителя ионов» с использованием нанолистов MOF для достижения высокообратимого циклирования в перезаряжаемых металлических элементах. Универсальность этого подхода позволяет широко применять его к различным лигандам, субстратам и электролитам. Это открывает возможности для разработки более эффективных и долговечных аккумуляторных систем для хранения электроэнергии в электросетях и других приложений.

Источники: – Энергетика и экология (DOI: 10.1039/D3EE01747H) – Китайская академия наук.