Missing-Linker Defect Functionalized Metal–Organic Frameworks Accelerating Zinc Ion Conduction for Ultrastable All-Solid-State Zinc Metal Batteries

金属有机骨架 材料科学 连接器 金属 固态 离子 无机化学 纳米技术 化学 冶金 有机化学 吸附 物理化学 计算机科学 操作系统
作者
Xiaobin Hui,Zhen Zhan,Zeyu Zhang,Jingya Yu,Pengyan Jiang,Zhengzheng Dang,Jian Wang,Songhua Cai,Yanming Wang,Zheng‐Long Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (36): 25237-25248 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c07907
摘要

Solid-state polymer electrolytes (SPEs) are promising for high-performance zinc metal batteries (ZMBs), but they encounter critical challenges of low ionic conductivity, limited Zn2+ transference number (tZn2+), and an unstable electrolyte-electrode interface. Here, we present an effective approach involving a missing-linker metallic organic framework (MOF)-catalyzed poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)/polyacrylamide (PAM) copolymer SPE for single Zn2+ conduction and seamless electrolyte-electrode contact. The single-Zn2+ conduction is facilitated by the anchoring of the OTF– anions onto the unsaturated metal sites of missing-linker MOF, while the PEGDA and PAM chains in competitive coordination with Zn2+ ions promote rapid Zn ion transport. Our all-solid-state electrolyte simultaneously achieves a superior ionic conductivity of 1.52 mS cm–1 and a high tZn2+ of 0.83 at room temperature, alongside uniform Zn metal deposition (1000 cycles in symmetric cells) and high Zn plating/striping efficiencies (>99% after 600 cycles in asymmetric cells). Applications of our SPE in Zn//VO2 full cells are further demonstrated with a long lifespan of 2000 cycles and an extremely low-capacity degradation rate of 0.012% per cycle. This work provides an effective strategy for using a missing-linker MOF to catalyze competitively coordinating copolymers for accelerating Zn2+ ion conduction, assisting the future design of all-solid-state ZMBs.
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