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Metal–Organic Framework Enabling Poly(Vinylidene Fluoride)-Based Polymer Electrolyte for Dendrite-Free and Long-Lifespan Sodium Metal Batteries
Energy & Environmental Materials ( IF 13.0 ) Pub Date : 2022-09-14 , DOI: 10.1002/eem2.12511 Yusi Lei 1 , Liang Yue 1 , Yuruo Qi 1 , Yubin Niu 1 , Shujuan Bao 1 , Jie Song 2 , Maowen Xu 1
Energy & Environmental Materials ( IF 13.0 ) Pub Date : 2022-09-14 , DOI: 10.1002/eem2.12511 Yusi Lei 1 , Liang Yue 1 , Yuruo Qi 1 , Yubin Niu 1 , Shujuan Bao 1 , Jie Song 2 , Maowen Xu 1
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Sodium dentrite formed by uneven plating/stripping can reduce the utilization of active sodium with poor cyclic stability and, more importantly, cause internal short circuit and lead to thermal runaway and fire. Therefore, sodium dendrites and their related problems seriously hinder the practical application of sodium metal batteries (SMBs). Herein, a design concept for the incorporation of metal–organic framework (MOF) in polymer matrix (polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene) is practiced to prepare a novel gel polymer electrolyte (PH@MOF polymer-based electrolyte [GPE]) and thus to achieve high-performance SMBs. The addition of the MOF particles can not only reduce the movement hindrance of polymer chains to promote the transfer of Na+ but also anchor anions by virtue of their negative charge to reduce polarization during electrochemical reaction. A stable cycling performance with tiny overpotential for over 800 h at a current density of 5 mA cm−2 with areal capacity of 5 mA h cm−2 is achieved by symmetric cells based on the resulted GPE while the Na3V2O2(PO4)2F@rGO (NVOPF)|PH@MOF|Na cell also displays impressive specific cycling capacity (113.3 mA h g−1 at 1 C) and rate capability with considerable capacity retention.
中文翻译：
金属有机框架使基于聚偏二氟乙烯的聚合物电解质能够用于无枝晶和长寿命的钠金属电池
镀/退镀不均匀形成的钠枝晶会降低活性钠的利用率，循环稳定性差，更重要的是会造成内部短路，导致热失控和火灾。因此，钠枝晶及其相关问题严重阻碍了钠金属电池（SMB）的实际应用。本文采用在聚合物基体（聚偏二氟乙烯-六氟丙烯）中加入金属有机骨架（MOF）的设计理念来制备新型凝胶聚合物电解质（PH@MOF聚合物基电解质[GPE]），从而实现高性能中小企业。MOF颗粒的添加不仅可以减少聚合物链的运动阻碍，促进Na +的转移，而且可以利用阴离子的负电荷来锚定阴离子，从而减少电化学反应过程中的极化。基于所得到的 GPE，对称电池在电流密度为 5 mA cm -2 、面积容量为 5 mA h cm -2下实现了稳定的循环性能，具有微小的过电势超过 800 小时，而 Na 3 V 2 O 2 ( PO 4 ) 2 F@rGO (NVOPF)|PH@MOF|Na 电池还表现出令人印象深刻的比循环容量（1 C 时为 113.3 mA h g -1）和倍率能力，并具有相当大的容量保持率。
更新日期：2022-09-14
中文翻译：
金属有机框架使基于聚偏二氟乙烯的聚合物电解质能够用于无枝晶和长寿命的钠金属电池
镀/退镀不均匀形成的钠枝晶会降低活性钠的利用率，循环稳定性差，更重要的是会造成内部短路，导致热失控和火灾。因此，钠枝晶及其相关问题严重阻碍了钠金属电池（SMB）的实际应用。本文采用在聚合物基体（聚偏二氟乙烯-六氟丙烯）中加入金属有机骨架（MOF）的设计理念来制备新型凝胶聚合物电解质（PH@MOF聚合物基电解质[GPE]），从而实现高性能中小企业。MOF颗粒的添加不仅可以减少聚合物链的运动阻碍，促进Na +的转移，而且可以利用阴离子的负电荷来锚定阴离子，从而减少电化学反应过程中的极化。基于所得到的 GPE，对称电池在电流密度为 5 mA cm -2 、面积容量为 5 mA h cm -2下实现了稳定的循环性能，具有微小的过电势超过 800 小时，而 Na 3 V 2 O 2 ( PO 4 ) 2 F@rGO (NVOPF)|PH@MOF|Na 电池还表现出令人印象深刻的比循环容量（1 C 时为 113.3 mA h g -1）和倍率能力，并具有相当大的容量保持率。
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