Bioinspirierte Gestaltung von Na-Ionen-Leitenden Kanälen in kovalenten organischen Rahmenstrukturen für quasi-feste Natriumbatterien

Zusammenfassung Feste Polymerelektrolyte gelten als eine der vielversprechendsten Optionen zur Entwicklung praktischer Festkörper-Natriumbatterien. Allerdings hindern moderate ionische Leitfähigkeit und enge elektrochemische Fenster ihre weitere Anwendung. Hier inspiriert von der Na + /K + Leitung in biologischen Membranen, berichten wir über einen (–COO – )-modifizierten kovalenten organischen Rahmen (COF) als Na-Ionen quasi-festen Elektrolyten mit sub-nanometer großen Na + Transportzonen (6,7–11,6 Å), die durch benachbarte –COO – Gruppen und COF-Innenwände entstehen. Der quasi-feste Elektrolyt ermöglicht selektiven Na + Transport entlang spezifischer Bereiche, die mit sub-nanometer Dimensionen elektronegativ sind, was zu einer Na + Leitfähigkeit von 1,30×10 –4 S cm –1 und einer oxidativen Stabilität von bis zu 5,32 V (gegenüber Na + /Na) bei 25 ± 1 °C führt. Tests des quasi-festen Elektrolyten in der Konfiguration Na||Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 Münzzelle zeigen eine schnelle Reaktionsdynamik, niedrige Polarisationsspannungen und eine stabile Zyklusleistung über 1000 Zyklen bei 60 mA g –1 und 25 ± 1 °C mit einem Kapazitätsverlust von 0,0048 % pro Zyklus und einer endgültigen Entladungskapazität von 83,5 mAh g −1 .