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Arumugam Manthiram最新Angew：COF修飾鋰負極10 mA/cm2循環(huán)超過1萬小時！

鋰金屬顯示出實現(xiàn)高能量密度可充電池的巨大潛力。然而，鋰金屬電池的實際應(yīng)用仍然面臨著鋰枝晶的形成和鋰金屬上不穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）的挑戰(zhàn)。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Arumugam Manthiram等在鋰上原位制造薄的共價有機骨架層（COF-Li）以抑制鋰枝晶生長并減輕鋰負極上的副反應(yīng)。

圖1 材料制備及表征

COF具有周期性且均勻的孔隙率，允許選擇性地篩分鋰離子并引導(dǎo)均勻的鋰沉積。當(dāng)原位制備的COF-Li作為Li-S電池的負極時，它在更復(fù)雜的工作條件下顯示出多種優(yōu)勢。首先，COF-Li保護鋰免受硫化鋰的直接沉積，從而有效提高硫利用率。其次，COF-Li可防止非活性物質(zhì)的形成，包括氧化硫物質(zhì)，這有助于提高鋰的利用率。最后，COF可有效抑制鋰枝晶的生長，并避免有機電解液與鋰的直接接觸，從而降低電解液的消耗。

圖2 對稱電池性能

實驗顯示，COF-Li在反復(fù)鋰沉積/剝離過程中表現(xiàn)出非枝晶形態(tài)，并在10 mA cm^-2的高電流密度和10 mA h cm^-2的高面積容量下表現(xiàn)出超過13200小時的超長循環(huán)壽命和僅為16 mV的極低過電位。該方法強調(diào)了選擇性篩分鋰離子和在復(fù)雜工作條件下有效保護鋰負極的重要性，并為鋰負極保護開辟了一條新的道路，也對其他工作條件復(fù)雜的金屬電池具有指導(dǎo)意義。

圖3 鋰硫電池性能

Covalent Organic Framework as an Efficient Protection Layer for Stable Lithium-metal Anode. Angew 2022. DOI: 10.1002/anie.202116586

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