郑大/中原工学院EnSM：通过冠醚功能化COF构建超分子通道，助力1000次循环锂硫电池

锂硫（Li−S）电池有望用于下一代高能量密度系统。然而，多硫化物缓慢的硫转化和穿梭严重限制了其商业应用。

图1. BPTA-CE-COF的合成及表征

郑州大学付永柱、唐帅、中原工学院翟黎鹏等在碳纳米管（CNTs）表面原位合成了冠醚官能化的COF（BPTA-CE-COF），称为 CE-COF@CNT ，用于改性电池隔膜，以实现高性能锂硫电池。

研究显示，CE-COF@CNT具有高导电性和由冠醚官能团形成的丰富超分子通道，可以通过冠醚-Li⁺相互作用催化加速多硫化物的扩散/转化和Li₂S的沉积/分解。密度泛函理论（DFT）计算、X射线光电子能谱和非原位傅立叶变换红外分析进一步验证了这一点。

图2. 锂硫电池性能

因此，改性隔膜使Li−S电池在0.1C下具有1618.1 mAh g⁻¹的高初始放电容量、优异的倍率性能和良好的循环稳定性，在1C下的1000次循环中，每循环的容量衰减低至0.040%。

此外，即使在高硫质量负载（8.04 mg cm⁻²）和贫电解液（4.0 μL mg⁻¹）的情况下，靶向Li−S电池在100次循环后仍能提供92.9%的高容量保持率。总体而言，这项工作为使用COF材料开发高性能锂硫电池提供了新的策略。

图3. Li₂S的沉积实验及理论计算

Supramolecular Channels via Crown Ether Functionalized Covalent Organic Frameworks for Boosting Polysulfides Conversion in Li−S Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103143

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