南京工程学院《Small》观点：探究高能电池体系中基于共价有机框架功能性隔膜的作用机制

背景介绍：

如今，由于化石燃料的巨大消耗造成了严重的环境污染，以及数以百万计的便携式电子产品和电动汽车的电力供应需求，人们对先进的能量存储和转换系统的需求持续增长。合理利用清洁和可再生能源，发展可持续的储能系统已成为人们关注的焦点，而金属离子电池，便是这一种很好的储能设备。然而，在金属离子电池中，也存在着一些或多或少的问题，如金属离子传输不均匀，多硫化物的穿梭，枝晶的产生等。

目前解决这些问题的方法有很多，例如正极的合成、负极的修饰、以及电解液的改性，隔膜作为电池结构中不可缺少的一部分，在充放电过程中起着相当大的作用，也是调节离子传输，解决上述问题的理想平台。然而，商用隔膜材料如聚丙烯(PP)隔膜并不能很好地解决上述问题。在使用PP隔膜的电池中，较大的孔隙尺寸和不均匀的孔隙分布会导致较差的离子传输性能，因此，有必要构筑功能隔膜来解决高能电池中的这些问题。近年来，微孔有机聚合物得到了广泛的应用，而共价有机框架(COFs)材料就是是一种极具发展前景的材料。由于其较大的比表面积和规则的孔道，丰富的官能团，有利于对离子传输过程的调控与诱导电化学反应过程的发生。然而，COFs作为电池隔膜的机理还处于比较初级的阶段。因此，了解COFs在功能性隔膜中的作用机制对于构筑高性能电池至关重要。

成果简介：

基于此，本研究探究了COFs功能性隔膜应用于电池体系中的作用机理。首先介绍了COFs的优点、应用以及合成方法。然后，详细阐述了COFs在高能电池功能性隔膜中的机理，包括调节离子传输的孔道作用、官能团作用、吸附作用和催化效应。最后，提出了COFs隔膜在高能电池中的应用前景，对COFs功能性隔膜的发展进行了总结与展望。该论文以“Unraveling the mechanism of covalent organic frameworks based functional separators in high-energy batteries”为题发表在《Small》期刊上（影响因子：13）。本文第一作者为南京工程学院的李文杰，通讯作者为郝振东博士、曹世海博士和戴玉明副教授。

论文地址：

https://doi.org/10.1002/smll.202405396

图1传统商业隔膜(a)和(b) COFs功能性隔膜的比较。

图2基于COFs的高能电池功能性隔膜的发展与展望

作者介绍：

作者信息：论文通讯作者

郝振东博士

郝振东博士毕业于北京工业大学，现为南京工程学院材料科学与工程学院讲师。主要研究领域包括二次电池隔膜材料和纳米多孔材料等。以第一/通讯作者在Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Small、Materials Horizons、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces和Nanoscale等期刊发表论文10余篇。

作者信息：论文通讯作者

曹世海博士

曹世海，现任南京工程学院讲师。他于2021年获得南京理工大学环境科学与工程博士学位。主要研究方向为共价有机框架和碳基先进材料及其在环境污染控制中的应用。相关研究成果以一作/通讯作者在国际学术期刊发表SCI论文20余篇，包括Applied Catalysis B，Chemical Engineering Journal等期刊。Google学术引用1000多次，H指数为17。

作者信息：论文通讯作者

戴玉明副教授

戴玉明，工学博士，现为南京工程学院副教授、硕士生导师。江苏省“六大人才高峰”高层次人才。中国体视学学会金相与显微分析分会委员、江苏省材料学会会员。主要研究领域包括电化学储能及催化材料和高性能金属结构材料与应用技术等。在国内外期刊上发表SCI学术论文30余篇（其中第一/通讯作者16篇，总被引300余次），授权发明专利10余件（其中第一发明人5件，转化2件）。获江苏省教学成果一等奖、江苏省科学技术三等奖等多项教学科研奖励。

本文来自微信公众号“材料科学与工程”。感谢论文作者团队大力支持。