AEM：双金属MOF改性隔膜实现长循环寿命锂-硫电池

严重的多硫化物溶解和穿梭是困扰锂硫（Li-S）电池长循环寿命和容量保持的主要挑战。

在此，挪威科技大学邓立元，Rameez Razaq等人设计了高效隔膜，并用双功能双金属金属有机框架（MOF）对其进行改性。通过引入掺杂金属位点（铁），在 35 °C 的水中合成了具有纳米结构孔隙的花形双金属 MOF（即 Fe-ZIF-8），然后将其涂覆在聚丙烯（PP）隔膜上，以提供选择性通道，从而有效抑制多硫化锂的迁移，同时允许锂离子的均匀传输。Fe-ZIF-8 的活性位点可实现电催化转化，促进多硫化锂的转化。

此外，由于孔隙大小均匀，所开发的隔膜可以防止枝晶的形成，从而实现均匀的锂离子传输和沉积。使用含 S 负载碳正极的 Fe-ZIF-8/PP纽扣电池显示出 1000 次的高循环寿命，在 0.5 °C的初始放电容量高达 863 mAh g^-1，在 3 °C的高倍率下的放电容量为 746 mAh g^-1。

图1. 改性隔膜的制备及结构表征

总之，该工作开发了一种新型、经济高效的三维双金属 Fe-ZIF-8 改性隔膜， Fe-ZIF-8/PP 隔膜即使在高硫负荷和贫电解质的条件下也能产生理想的硫电化学效果。同时，采用 Fe-ZIF-8/PP 隔离层的锂离子对称电池在高达 10 mA cm^-2 的电流密度下表现出了出色的循环性能。

结果显示， Fe-ZIF-8/PP 隔膜独特的筛分能力以及可溶性多硫化物的阻断和催化转化的协同效应，从而防止了可充电锂-S 电池中的穿梭现象，同时允许锂离子自由、均匀地传输。因此，该工作揭示了基于 3-D 双金属 MOF 材料作为改性隔膜用于其他金属硫电池应用的发展方向。

图2. 电池性能

Synergistic Effect of Bimetallic MOF Modified Separator for Long Cycle Life Lithium-Sulfur Batteries， Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302897

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