Carving Metal–Organic–Framework Glass Based Solid–State Electrolyte Via a Top–Down Strategy for Lithium–Metal Battery

电解质 材料科学 离子电导率 电导率 快离子导体 离子 准固态 化学工程 电极 化学 物理化学 色素敏化染料 工程类 有机化学
作者
Yang Xiang,Ning Yu,Jian-Bo Li,Huixiang Xu,Shuang Chen,Yufan Xia,Zhen Luo,Li Xu,Zhu Liu,Maowen Xu,Maowen Xu,Yinzhu Jiang,Yinzhu Jiang,Xuan Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (14): e202424288-e202424288 被引量:21
标识
DOI:10.1002/anie.202424288
摘要

Abstract Traditional polymer solid electrolytes (PSEs) suffer from low ions conductivity, poor kinetics and safety concerns. Here, we present a novel porous MOF glass gelled polymer electrolyte (PMG‐GPE) prepared via a top‐down strategy, which features a unique three‐dimensional interconnected graded‐aperture structure for efficient ions transport. Comprehensive analyses, including time‐of‐flight secondary ion mass spectrometry (TOF‐SIMS), Solid‐state 7Li magic‐angle‐spinning nuclear magnetic resonance (MAS NMR), Molecular Dynamics (MD) simulations, and electrochemical tests, quantify the pore structures, revealing their relationship with ions conductivity that increases and then decreases as macropore proportion rises. The introduced dispersed macropores (17 % fraction) can serve as bridges, connecting adjacent transport units to accelerate ions transport. Taking advantage of the cross‐linked ion‐conductive paths constructed by hierarchical pore structures, the PMG‐GPE achieves a high ions conductivity of 1.9 mS cm−1. Additionally, the robust mechanical properties of PMG‐GPE effectively suppress dendrite growth and penetration, outperforming crystal MOF‐based electrolytes. The prepared Li symmetric batteries with PMG‐GPE demonstrate a high critical current density of 5.1 mA cm−2 (two times higher than crystal MOF‐electrolytes) and stable cycling for over 6000 hours without short circuits. Furthermore, a Li/PMG‐GPE/LFP half‐cell exhibits exceptional capacity retention of 83.12 % after 1400 cycles. These findings highlight the potential of structural design in advancing PSE performance, offering a promising pathway for the commercialization of high‐performance solid‐state batteries.
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