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Two-dimensional sp2-carbon-linked covalent organic framework for large-capacity and long-life Na metal batteries
Journal of Polymer Science ( IF 3.9 ) Pub Date : 2024-04-25 , DOI: 10.1002/pol.20240114
Rong Zhuang 1 , Changzhen Qu 1 , Jiaying Yang 1 , Shunqi Xu 2 , Fei Xu 1
Journal of Polymer Science ( IF 3.9 ) Pub Date : 2024-04-25 , DOI: 10.1002/pol.20240114
Rong Zhuang 1 , Changzhen Qu 1 , Jiaying Yang 1 , Shunqi Xu 2 , Fei Xu 1
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Na metal batteries are regarded as an encouraging route for energy-dense and low-cost battery systems. However, the unstable and irreversible Na plating/stripping, caused by the uncontrolled dendritic Na growth, prevents their practical applications. Herein, a two-dimensional sp2-carbon-linked covalent organic framework (cyano-sp2c-COF) is adopted as seeding/hosting coating layer for a highly stable interface with long cycling life, large capacity, and high Na utilization. Benefit from the features of a fully π-conjugated structure and well-defined cyano groups, cyano-sp2c-COF with superior sodiophilicity and small interface resistance can reduce the nucleation barrier, enable Na ion flux uniformity, and enhance interface stability. Ultimately, the system achieves a low nucleation overpotential of only 10 mV, a remarkable average Coulombic efficiency of 99.7% maintained over 500 cycles in half cells, and exceptional interfacial durability of 8500 h with a high accumulated capacity of 8.5 Ah cm−2 in symmetric cells. Furthermore, the symmetric cells also present a steady cycling, even increasing the depth of discharge up to 90%. As proof, full cells demonstrate a long lifespan enduring 2700 cycles with tiny capacity decay, providing valuable insights into the long-life Na batteries.
中文翻译：
用于大容量、长寿命 Na 金属电池的二维 sp2-碳连接共价有机框架
钠金属电池被认为是能量密集和低成本电池系统的一条令人鼓舞的路线。然而，由不受控制的树枝状 Na 生长引起的不稳定且不可逆的 Na 电镀/剥离阻碍了它们的实际应用。本文采用二维 sp2-碳连接共价有机框架 （cyano-sp2c-COF） 作为晶种/主体涂层，形成高度稳定的界面，循环寿命长、容量大、Na 利用率高。得益于全π共轭结构和明确定义的氰基等特点，cyano-sp2c-COF 具有优异的亲碱性和较小的界面电阻，可以减少成核势垒，实现 Na 离子通量均匀性，并增强界面稳定性。最终，该系统实现了仅 10 mV 的低成核过电位，在半电池中保持了 99.7% 的显着平均库仑效率超过 500 次循环，以及 8500 小时的出色界面耐久性，在对称电池中具有 8.5 Ah cm-2 的高累积容量。此外，对称电池还呈现出稳定的循环，甚至将放电深度增加到 90%。作为证明，全电池表现出使用寿命长，可承受 2700 次循环，容量衰减很小，为长寿命 Na 电池提供了有价值的见解。
更新日期：2024-04-25
中文翻译：
用于大容量、长寿命 Na 金属电池的二维 sp2-碳连接共价有机框架
钠金属电池被认为是能量密集和低成本电池系统的一条令人鼓舞的路线。然而，由不受控制的树枝状 Na 生长引起的不稳定且不可逆的 Na 电镀/剥离阻碍了它们的实际应用。本文采用二维 sp2-碳连接共价有机框架 （cyano-sp2c-COF） 作为晶种/主体涂层，形成高度稳定的界面，循环寿命长、容量大、Na 利用率高。得益于全π共轭结构和明确定义的氰基等特点，cyano-sp2c-COF 具有优异的亲碱性和较小的界面电阻，可以减少成核势垒，实现 Na 离子通量均匀性，并增强界面稳定性。最终，该系统实现了仅 10 mV 的低成核过电位，在半电池中保持了 99.7% 的显着平均库仑效率超过 500 次循环，以及 8500 小时的出色界面耐久性，在对称电池中具有 8.5 Ah cm-2 的高累积容量。此外，对称电池还呈现出稳定的循环，甚至将放电深度增加到 90%。作为证明，全电池表现出使用寿命长，可承受 2700 次循环，容量衰减很小，为长寿命 Na 电池提供了有价值的见解。
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