Defect-Modulated MOF Nanochannels for the Quasi-Solid-State Electrolyte of a Dendrite-Free Lithium Metal Battery

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作者
Jialong Jiang,Runhao Zhang,Jiachen Guo,Shiqi Zhang,Xu Min,Ziyang Liu,Ning Liu,Dapeng Cao,Jun Xu,Peng Cheng,Wei Shi
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c05596
摘要

Efficient and selective Li+ transport within the nanochannel is essential for high-performance solid-state electrolytes (SSEs) in lithium metal batteries. Introducing Li+ hopping sites into SSEs shows great potential for promoting Li+ transport; however, it typically reduces the Li+ transport nanochannel size, consequently increasing the energy barrier for Li+ transport. Herein, we present a molecular defect strategy for MOFs to introduce Li+ hopping sites and increase the nanochannel size simultaneously as quasi-solid-state electrolytes (QSSEs). Compared with the defect-free Li@UiO-66-based QSSE, the optimized Li@UiO-66-D2-based QSSE exhibits a remarkable 343% enhancement in Li+ conductivity and improved Li+ selectivity. Furthermore, the 9 cm × 6 cm Li|Li@UiO-66-D2|LFP pouch cell exhibits excellent cycling performance with high capacity retention. An in-depth mechanism study has unveiled the significant impact of both hopping sites and nanochannel size on Li+ transport, emphasizing the importance of a molecular defect strategy in enhancing the overall Li+ transport performance of MOF-based QSSEs.
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