Un cátodo robusto basado en Mn‐Metal–Organic Framework con larga vida útil habilitado por la estabilidad de valencia del metal y redes de enlaces de hidrógeno para baterías de iones de sodio de alto rendimiento

Resumen Las baterías de iones de sodio (SIBs) tienen un potencial significativo para el almacenamiento sostenible de energía, pero enfrentan desafíos en la estabilidad y capacidad del material del cátodo. Los marcos organometálicos (MOFs) son prometedores debido a sus estructuras ajustables y sitios redox-activos, pero a menudo sufren degradación estructural por cambios de valencia de iones metálicos durante el ciclo. Aquí, se introduce un novel MOF a base de manganeso (Mn‐PTO), que representa una nueva clase de MOFs específicamente diseñados para mejorar la estabilidad y el rendimiento en SIBs. Mn‐PTO aborda los cambios de valencia y la degradación estructural a través de dos mecanismos sinérgicos. Primero, asegura la estabilidad de valencia al confinar la actividad redox a los grupos carbonilo del ligando, estabilizando los iones de Mn en el estado divalente y previniendo el colapso estructural. En segundo lugar, su red de enlaces de hidrógeno refuerza la integridad estructural y mitiga las tensiones de la inserción y extracción repetida de iones. Estas innovaciones permiten que Mn‐PTO ofrezca un rendimiento electroquímico excepcional, incluida una estabilidad de ciclado notable, manteniendo una capacidad de 118 mAh g −1 durante 7,000 ciclos a 5 A g −1. Este rendimiento supera la mayoría de los materiales de electrodo orgánico reportados. Además, Mn‐PTO exhibe una impresionante capacidad de tasa de 124 mAh g −1 a 20 A g −1. Estos resultados establecen firmemente a Mn‐PTO como un material de cátodo innovador, ofreciendo una solución robusta y duradera a las limitaciones de los sistemas tradicionales basados en MOF.