Janus Quasi-Solid Electrolyte Membranes with Asymmetric Porous Structure for High-Performance Lithium-Metal Batteries

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作者
Zerui Chen,Wei Zhao,Qian Liu,Yifei Xu,Qinghe Wang,Jinmin Lin,Hao Bin Wu
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Nature]
卷期号:16 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1007/s40820-024-01325-4
摘要

Abstract Quasi-solid electrolytes (QSEs) based on nanoporous materials are promising candidates to construct high-performance Li-metal batteries (LMBs). However, simultaneously boosting the ionic conductivity ( σ ) and lithium-ion transference number ( t + ) of liquid electrolyte confined in porous matrix remains challenging. Herein, we report a novel Janus MOFLi/MSLi QSEs with asymmetric porous structure to inherit the benefits of both mesoporous and microporous hosts. This Janus QSE composed of mesoporous silica and microporous MOF exhibits a neat Li + conductivity of 1.5 × 10 –4 S cm −1 with t + of 0.71. A partially de-solvated structure and preference distribution of Li + near the Lewis base O atoms were depicted by MD simulations. Meanwhile, the nanoporous structure enabled efficient ion flux regulation, promoting the homogenous deposition of Li + . When incorporated in Li||Cu cells, the MOFLi/MSLi QSEs demonstrated a high Coulombic efficiency of 98.1%, surpassing that of liquid electrolytes (96.3%). Additionally, NCM 622||Li batteries equipped with MOFLi/MSLi QSEs exhibited promising rate performance and could operate stably for over 200 cycles at 1 C. These results highlight the potential of Janus MOFLi/MSLi QSEs as promising candidates for next-generation LMBs.
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