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Dynamic Disulfide Bonds Contained Covalent Organic Framework Modified Separator as Efficient Inhibit Polysulfide Shuttling in Li–S Batteries
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2022-10-04 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c03498 Mengke Li 1 , Gaojie Yan 1 , Peng Zou 2 , Haifeng Ji 1 , Han Wang 1 , Zongjie Hu 1 , Zhipeng Yang 1 , Yi Feng 1 , Haijie Ben 3 , Xiaojie Zhang 1
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2022-10-04 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c03498 Mengke Li 1 , Gaojie Yan 1 , Peng Zou 2 , Haifeng Ji 1 , Han Wang 1 , Zongjie Hu 1 , Zhipeng Yang 1 , Yi Feng 1 , Haijie Ben 3 , Xiaojie Zhang 1
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First, a new covalent organic framework (HUT9) with disulfide bonds have been synthesized, which can be grown in situ on carbon nanotubes (CNT) as separator modification material for Li–S batteries. Experiments and DFT showed that disulfide bond could effectively capture soluble polysulfides (LiPSs) during discharge process, while promoting the conversion of LiPSs to Li2S/Li2S2 and improve the utilization rate of sulfur. The polar groups of the covalent organic framework provide chemisorption, and an interwoven network of HUT9@CNT (physical constraints) cooperates to inhibit the transport of LiPSs. The modified battery has a capacity retention rate of 83% (decay rate of 0.032% per cycle) after 500 cycles at 1 C. Specifically, the battery with 2-HUT9@CNT modified separators (sulfur loading: 4 mg cm–2, sulfur content: 80%, electrolyte/sulfur ratio: 10 mL g–1) can reach 3.4 mAh cm–2 area capacity after 50 cycles. This work enriched the COF material system and provided guidance for the application of organic materials in an energy storage system.
中文翻译：
含有共价有机骨架修饰的动态二硫键的隔膜可有效抑制锂硫电池中的多硫化物穿梭
首先，合成了一种具有二硫键的新型共价有机骨架（HUT9），它可以在碳纳米管（CNT）上原位生长，作为锂硫电池的隔膜改性材料。实验和DFT表明，二硫键可以在放电过程中有效捕获可溶性多硫化物（LiPSs），同时促进LiPSs向Li 2 S/Li 2 S 2的转化提高硫的利用率。共价有机框架的极性基团提供化学吸附，而 HUT9@CNT 的交织网络（物理约束）协同抑制 LiPS 的传输。改性电池在 1 C 下循环 500 次后容量保持率为 83%（每循环衰减率为 0.032%）。具体而言，具有 2-HUT9@CNT 改性隔膜的电池（硫负载量：4 mg cm -2，硫含量：80%，电解液/硫比：10 mL g –1 ) 50 次循环后可达到 3.4 mAh cm –2的面积容量。该工作丰富了COF材料体系，为有机材料在储能系统中的应用提供了指导。
更新日期：2022-10-04
中文翻译：
含有共价有机骨架修饰的动态二硫键的隔膜可有效抑制锂硫电池中的多硫化物穿梭
首先，合成了一种具有二硫键的新型共价有机骨架（HUT9），它可以在碳纳米管（CNT）上原位生长，作为锂硫电池的隔膜改性材料。实验和DFT表明，二硫键可以在放电过程中有效捕获可溶性多硫化物（LiPSs），同时促进LiPSs向Li 2 S/Li 2 S 2的转化提高硫的利用率。共价有机框架的极性基团提供化学吸附，而 HUT9@CNT 的交织网络（物理约束）协同抑制 LiPS 的传输。改性电池在 1 C 下循环 500 次后容量保持率为 83%（每循环衰减率为 0.032%）。具体而言，具有 2-HUT9@CNT 改性隔膜的电池（硫负载量：4 mg cm -2，硫含量：80%，电解液/硫比：10 mL g –1 ) 50 次循环后可达到 3.4 mAh cm –2的面积容量。该工作丰富了COF材料体系，为有机材料在储能系统中的应用提供了指导。
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