Bioinspired design of Na-ion conduction channels in covalent organic frameworks for quasi-solid-state sodium batteries

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作者
Yingchun Yan,Zheng Liu,Ting Hei Wan,Weining Li,Zhipeng Qiu,Chunlei Chi,Chao Huangfu,Guanwen Wang,Bin Qi,Jun Zhang,Tong Wei,Zhuangjun Fan
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:28
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38822-w
摘要

Solid polymer electrolytes are considered among the most promising candidates for developing practical solid-state sodium batteries. However, moderate ionic conductivity and narrow electrochemical windows hinder their further application. Herein, inspired by the Na+/K+ conduction in biological membranes, we report a (-COO-)-modified covalent organic framework (COF) as a Na-ion quasi-solid-state electrolyte with sub-nanometre-sized Na+ transport zones (6.7-11.6 Å) created by adjacent -COO- groups and COF inwalls. The quasi-solid-state electrolyte enables selective Na+ transport along specific areas that are electronegative with sub-nanometre dimensions, resulting in a Na+ conductivity of 1.30×10-4 S cm-1 and oxidative stability of up to 5.32 V (versus Na+/Na) at 25 ± 1 °C. Testing the quasi-solid-state electrolyte in Na||Na3V2(PO4)3 coin cell configuration demonstrates fast reaction dynamics, low polarization voltages, and a stable cycling performance over 1000 cycles at 60 mA g-1 and 25 ± 1 °C with a 0.0048% capacity decay per cycle and a final discharge capacity of 83.5 mAh g-1.
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