金属有機フレームワーク ナノシート: 自己実現に向けた有望なソリューション

中国科学院（CAS）の大連化学物理研究所（DICP）の研究チームは、自己最適化された亜鉛アノードを実現するために、イオンキャリアとして金属有機フレームワーク（MOF）ナノシートを使用する新しい戦略を導入した。 この画期的な進歩は、水性再充電可能な亜鉛イオン電池が直面する課題、特に樹枝状結晶の形成と副反応によって引き起こされる亜鉛アノードの可逆性の低さを克服する可能性を秘めています。

Yang Weishen 教授と Zhu Kaiyue 博士が率いるチームは、MOF ナノシートがこの用途に適したユニークな特性を備えていることを発見しました。 それらの一次元チャネル構造により、電場下での Zn2+ イオンの移動が可能になる一方、優先的な Zn2+ 吸着により、効率的な Zn2+ イオン キャリアとして機能することができます。 さらに、MOF ナノシートにおけるリガンドと亜鉛イオン間の弱い配位は、その還元化学に寄与しており、これがサイクリング中の亜鉛電極の最適化に役立ちます。

サイクリングプロセス中に、MOF ナノシートは亜鉛アノードを徐々に再構築し、その結果、水平方向に整列したラメラ状の形態と強化されたテクスチャが得られます。 これは、MOF ナノシートの制約による Zn2+ イオンの水平配向に起因すると考えられます。 さらに、MOF リガンドの存在は、有用な MOF ナノシートに変換される望ましくない副生成物の除去に役立ちます。 その結果、亜鉛アノードは、低レート条件と高レート条件の両方で改善されたサイクル性能を示します。

この研究は、充電式金属電池で高度に可逆的なサイクルを達成するために、MOF ナノシートを使用した「イオンキャリア」戦略の有望な可能性を実証しています。 このアプローチの多用途性により、さまざまなリガンド、基質、電解質への幅広い適用が可能になります。 これにより、電力網の蓄電やその他の用途向けの、より効率的で耐久性のあるバッテリー システムの開発の可能性が開かれます。

出典: – エネルギーと環境科学 (DOI: 10.1039/D3EE01747H) – 中国科学院