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Advanced covalent-organic framework materials for sodium-ion battery
用于钠离子电池的新型共价有机骨架材料
研究背景
现代工业的快速发展导致了能源需求的增加，其中传统化石燃料的持续消耗引发了能源危机和环境问题。因此，如何高效地开发和利用新的清洁能源已成为人类社会必须面对的最重要的挑战。为了打破目前的困境，科学家们致力于开发电化学储能技术，这被广泛认为是最有前景的储能方法之一。近几十年来，电化学储能技术受到了众多研究者的青睐，并已取得了一些显著成果。在所有电化学储能方法中，锂离子电池（LIB）是应用最广泛的电化学储能解决方案，自1991年商业化以来，在便携式储能装置和电动汽车中得到了广泛的应用。尽管经过多年的发展，LIB仍然存在许多挑战，包括高昂的原材料成本、热释放副作用引起的潜在安全问题，以及未满足的高能量密度和长循环稳定性的技术要求。因此，迫切需要不断开发性能增强的新型电化学储能电池。
研究方法
本研究主要介绍了基于COF的SIB电极的先进进展和研究方法。首先，重点分析了SIB和COF材料各自的优点。介绍了一些新报道的用于SIB的COF材料及其相应的工作机制。还提出了额外的优化策略，以提高利用COF基电极的可充电金属电池的储能性能。最后，我们还提出了一些基于COF材料的其他可充电电池（即LIB、镁电池、锌电池等）。展示了用于SIB的COF电极材料的挑战和前景。我们相信，这篇综述将更好地理解基于COF的电化学储能及其在SIB中的应用。
实验结果解析
图1. COF作为SIB有机电极材料的概述图，包括优化策略和工作机理。
图3. N型、P型和双极型COF电极材料（M：金属离子，A：离子电解质）的氧化还原反应的图示。
图4. （a） DAAQ-COF的合成过程和可能的氧化还原机理。（b） 在不同电流密度下测量的充电/放电过程的循环性能。
结论与展望
在这篇综述中，我们主要全面概述了基于COF的SIB电极的最新进展。它具体研究了COF电极材料的优点和储能机制，以及实现增强储能性能的优化策略。与典型的有机材料相比，COF表现出许多优越的优势，包括强大的可设计性、明确的结构、可调节的孔径和高比表面积等。为了加快COF电极材料在SIB中的实际应用，未来的研究应优先通过理论DFT模拟开发创新的功能分子结构。电池的制造和评估也应得到充分考虑。本综述旨在全面了解基于COF的SIB中采用的机制和优化策略，从而为COF和高能量密度SIB以及其他电池技术的发展提供有价值的见解。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2023.12.018
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2022年最新影响因子4.8，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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