Metallische/kovalente organische Gerüste für wässrige wiederaufladbare Zinkionenbatterien

In einer von Prof. Chunyi Zhi (City University of Hong Kong) geleiteten und in der Zeitschrift veröffentlichten Rezension Wissenschaft China Chemiekonzentrierten sich die Forscher auf die aktuellen Fortschritte bei der Entwicklung von MOF/COF-basierten Materialien für ARZIBs, einschließlich des Materialdesigns von MOFs/COFs, des Speichermechanismus von Zn2+ in MOFs/COFs und der Verwendung von MOFs/COFs zur Steuerung des Abscheidungsverhaltens von Zn2+ und die Verwendung von MOFs/COFs als Separatoren und Festelektrolyten.

Obwohl hervorragende Fortschritte erzielt wurden, bleiben einige Herausforderungen bei der Anwendung von MOF/COF-basierten Materialien in ARZIBs bestehen. Zunächst müssen einfache Methoden für die Herstellung großformatiger MOF/COF-basierter Materialien entwickelt werden, um mehr Auswahlmöglichkeiten zu bieten. Beispielsweise können Selbstorganisation in einem Schritt oder direkte Elektroabscheidung zur Beschichtung von MOFs oder COFs auf Zinkfolie eingesetzt werden.

Zweitens erfordert die Untersuchung der Ionenspeichermechanismen von MOFs und COFs, die auf atomarer Ebene schwierig ist, fortschrittliche Charakterisierungswerkzeuge und theoretische Berechnungen. Drittens muss die mechanische und chemische Stabilität von MOFs und COFs weiter verbessert werden, um äußerst langlebige Geräte zu realisieren. Während des zyklischen Prozesses wirkt sich die Volumenverzerrung, die aus der Auflösung von Zwischenprodukten und der Ioneninterkalation während des Lade-Entlade-Prozesses resultiert, negativ auf die Stabilität von MOFs und COFs aus.

Um einen effizienten Ionentransport zu gewährleisten und die Ioneninterkalation zu ermöglichen, ist ein angemessenes Poren- und Strukturdesign erforderlich. Viertens hat der Glaszustand von MOFs im Gegensatz zum traditionellen kristallinen Zustand aufgrund seines verbesserten Massentransports, seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Fähigkeit, korngrenzenfreie Monolithe zu bilden, große Aufmerksamkeit erhalten.

Es mangelt jedoch immer noch an Anwendungen von Glaszustands-MOFs in ARZIBs. Fünftens müssen zusätzliche Anstrengungen zur Optimierung auf Geräteebene in praktischeren Szenarien unternommen werden, einschließlich solcher mit großen Zellen, hohen Lademassen und mageren Elektrolyten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass MOFs und COFs eine vielversprechende Klasse fortschrittlicher Materialien für die Entwicklung von Hochleistungs-ARZIBs sind. Der Aufsatz beschreibt systematisch die neuesten Entwicklungen und Anwendungen von MOF/COF-basierten Materialien in ARZIBs. Sie hoffen, dass dieser Aufsatz Orientierung und Inspiration für das Design und die Entwicklung von MOFs und COFs mit neuartigen Zusammensetzungen, Strukturen und Funktionalitäten für Hochleistungs-ARZIBs bieten kann.