西工大谢科予ACS Nano：氟化COF膜助力锂硫电池的选择性离子迁移

为实现锂硫（Li-S）电池的实际应用，有必要通过促进锂离子迁移来抑制不受控制的锂沉积，并通过防止多硫化物穿梭来抑制正极的不可逆消耗。然而，一种具有快速离子传输和低多硫化物穿梭的全选择性人工膜或夹层是难以实现的。

图1 氟化共价有机框架的作用示意

西北工业大学谢科予、新加坡国立大学Kian Ping Loh等报告了一种基于氟化共价有机框架（4F-COF）的膜设计和合成，该膜具有高的渗透选择性，并增加了电池寿命。在COF的纳米通道中引入氟的功能可以创造出可选择的纳米流体通道。

4F-COF既拥有高密度的内在电荷，又拥有高度有序的离子传输途径，这有助于促进锂离子迁移，并通过静电作用排斥多硫化物阴离子。

图2 半电池性能

因此，4F-COF修饰的锂对称电池表现出较长的锂负极寿命（>2000小时）。更重要的是，基于4F-COF/PP隔膜的Li-S电池在2C在经过1000次循环后实现了82.3%的容量保持率，在10C时实现了568.0 mAh g^-1的倍率性能，并在高硫负载（∼9 mg cm^-2）下实现了7.60 mA h cm^-2的面积容量。

这项工作表明，在COFs中对纳米通道进行功能化处理可以为储能应用带来选择渗透性。

图3 Li-S电池性能

Fluorinated Covalent Organic Framework-Based Nanofluidic Interface for Robust Lithium–Sulfur Batteries. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c1130

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