​吉大徐吉静Matter：原位构建沸石微管编织隔膜用于超高容量锂氧电池！

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本文开发了一种新的前体-支架/固相-结晶策略并合成了一种基于微管支架和微管三模态网络的自支撑沸石微管编织织物（ZMT WF）隔膜。

​吉大徐吉静Matter：原位构建沸石微管编织隔膜用于超高容量锂氧电池！
开发锂氧（Li-O2）电池的主要挑战是绝缘放电产物在阴极的积累，这会阻碍氧的扩散和电子的转移，最终限制电池容量和循环寿命。
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在此，吉林大学徐吉静教授等人受生物矿物组织自组装的启发，开发了一种新的前体-支架/固相-结晶策略并合成了一种基于微管支架和微管三模态网络的自支撑沸石微管编织织物（ZMT WF）隔膜。其中玻璃纤维（GF）隔膜不仅作为前体支架提供支架蓝图，还可作为合成硅源以确保沸石沿GF隔膜原位生长。自组装ZMT WF具有良好的离子导电性和热稳定性，非常适合作为新型储能系统的隔膜。
此外，沸石良好的离子交换能力有利于获得优秀的可设计性。通过阳离子交换作用对ZMT WF隔膜进行改性以逆转其表面电荷特性，因此溴化铵改性的ZMT WF（NH4ZMT WF）隔膜能够捕获反应中间体O2–并形成离子对（NH4+-O2–CIP）且迅速发生歧化还原，从而在表面迅速形成Li2O2。
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图1. 正极和隔膜上产物的表征
研究表明，NH4ZMT WF隔膜能够结合捕获和转化步骤，这有利于将放电反应区域扩展到隔膜。根据皮尔逊酸碱概念，ZMT WF表面改性阳离子的硬度会影响放电产物的形成机制。如，十六烷基三甲基溴化铵改性的ZMT WF（HMZMT WF）隔膜表面的十六烷基三甲基铵离子（CTA+）可通过形成稳定的CTA+-O2–离子对来稳定超氧化物从而抑制O2–的歧化，直到进一步进行离子交换并沉淀为固体LiO2。
此外，电解液中的游离O2–被NH4ZMT WF隔膜捕获并固定，防止其侵蚀阴极和电解液，从而减少不良副产物的形成和积累。受益于所有这些优势，Li-O2 电池显示出超过25000 mAh g-1的增强容量（远高于商用GF隔膜的5500 mAh g-1）和超过4000小时的延长循环性能。总之，这些启发性的发现对Li-O2电池的隔膜设计具有指导意义，并进一步推动该电池体系的发展。
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图2. Li-O2电池的电化学性能
In situ construction of glass-fiber-directed zeolite microtube woven separator for ultra-high-capacity lithium-oxygen batteries, Matter 2022. DOI: 10.1016/j.matt.2022.10.013

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