Ion channel-gated covalent organic framework membrane for sustainable lithium–sulfur batteries

离子 锂(药物) 硫黄 共价键 材料科学 无机化学 化学 有机化学 冶金 生物化学 生物 内分泌学
作者
Zhongping Li,Jae‐Seung Kim,Hyunseok Moon,Kyeongseok Oh,Yuxin Hou,Sodam Park,Kun Ryu,Changqing Li,Jeong‐Min Seo,Xiaoming Liu,Jong‐Beom Baek,Dong‐Hwa Seo,Sang‐Young Lee
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:12 (7): nwaf193-nwaf193 被引量:13
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaf193
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries hold promise as a compelling alternative to current state-of-the-art Li-ion batteries due to their high theoretical capacity, low cost and the natural abundance of sulfur. However, the practical realization of Li-S batteries has been plagued by the longstanding trade-off issue between polysulfide shuttle suppression and Li⁺ transport. Here, we report an ion channel-gated covalent organic framework (COF) as an ionic diode membrane strategy to address this conflicting requirement. By tuning the chemical structure of tethered anions, the resulting COF features 1D anionic channels with optimized charge delocalization and pore size. The bulky anions enhance Li⁺ dissociation and conduction while effectively repelling polysulfides dissolved from S cathodes. Additionally, the COF ionic diode mitigates self-discharge and inhibits parasitic reactions. Consequently, Li-S cells assembled with the COF ionic diode improve charge/discharge capacities and cycle life under constrained operating conditions.
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