Estructura de polímero conjugado multipolar derivada de tamices iónicos mediante modulación electrónica para baterías de Li de estado sólido y larga duración

Resumen Aquí, construimos una plataforma de estructura de polímero conjugado multipolar ajustable a través de la química de la pared de poro para investigar el papel de la ingeniería de la estructura electrónica en la mejora de la conducción de Li + mediante estudios teóricos. Guiados por predicciones teóricas, desarrollamos un nuevo marco de polímero multipolar vinculado por ciano-vinileno, denominado CNF-COF, que puede actuar como tamices de iones eficientes para modificar electrolitos poliméricos sólidos para ajustar simultáneamente la migración de Li + y anodos de Li estables para baterías de Li metálicas (ASS) de larga duración a alta tasa. La doble decoración de grupos ciano y flúor en CNF-COF regula favorablemente la estructura electrónica a través de efectos electrónicos de donador-aceptor multipolar para proporcionar una estructura de banda de energía adecuada y abundantes sitios ricos en electrones para una mayor estabilidad oxidativa, facilitando la disociación de pares iónicos y suprimiendo los movimientos de aniones. Así, la incorporación de CNF-COF en electrolitos de polietileno oxido (PEO) no solo propicia un rápido transporte selectivo de Li +, sino que también facilita la supresión de dendritas de Li. Específicamente, el electrolito compuesto de PEO construido con un contenido ultra bajo de CNF-COF de solo 0.5 % en peso cuenta con un amplio rango electroquímico, una alta conductividad iónica de 0.634 mS cm −1 a 60 °C y un gran número de transferencia de Li + de 0.81, superando notablemente a los homólogos sin CNF-COF (0.183 mS cm −1 y 0.22). Así, la celda simétrica de Li ofrece un recubrimiento/desgado de Li estable durante más de 1400 h a 0.1 mA cm −2. Impresionantemente, al acoplarla con cátodos de LiFePO 4 (LFP), la batería ASS de Li ensamblada a 60 °C permite un ciclo estable durante más de 2000 ciclos a 1 C y más de 1000 ciclos incluso a 2 C con una gran retención de capacidad de ~75 %, superando la mayoría de las baterías ASS de Li reportadas utilizando electrolitos a base de PEO.