黄少铭教授AM：锂金属电池中选择性全固态超离子传导双层两性离子金属有机框架

与传统电池相比，固态电池(SSBs)在提高能量密度和安全性方面具有巨大潜力。然而，现有的固态电解质在满足固态电池复杂的操作要求方面面临着挑战。

在此，广州工业大学黄少铭教授团队开发了一种具有定制双层两性离子纳米通道(MOF-BZN)的金属有机框架(MOF)作为高性能的SSE。具体而言，双层两性离子纳米通道由刚性阴离子MOF通道和在孔壁上化学接枝的软多阳离子低聚物(MCOs)组成。该设计实现了选择性超离子传导，MCOs限制阴离子的运动，而MCOs与阴离子框架之间的库仑相互作用可以促进Li⁺的解离。

结果显示，MOF-BZN在30°C时表现出优异的Li⁺电导率(8.76 × 10⁻⁴ S cm⁻¹)，高Li+转移数(0.75)，以及高达4.9 V的宽电化学窗口。最终，在高正极负载(20.1 mg cm⁻²)和有限锂金属源的约束条件下，利用阻燃MOF-BZN的SSB可获得419.6 Wh kg⁻¹的比能量。

图1. MOF-BZN离子导体的Li+输运性能

总之，本工作通过精心设计MOF-BZN SSE包含双层两性离子纳米通道，能够实现选择性超离子传导，同时表现出卓越的Li+传输能力、宽电化学窗口、物理柔韧性、化学稳定性和耐火性。

此外，MOF-BZN即使在控制N/P比和高正极负载的情况下，也能使高能固态全电池稳定运行，电极加电解质的比能高达419.6 Wh kg⁻¹。这种构建双层两性离子MOF的策略是通用的，因此有望通过多种工程技术为开发基于多孔材料的新型SSE铺平道路。

图2. MOF-BZN SSE 实现高能 SSB

Bilayer Zwitterionic Metal-Organic Framework for Selective All-Solid-State Superionic Conduction in Lithium Metal Batteries,Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202304685

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黄少铭教授AM：锂金属电池中选择性全固态超离子传导双层两性离子金属有机框架

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