化工进展 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (06): 2674-2681.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1449

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金属-有机框架在二次电池中的储能机制研究进展

邓七九1, 凤帅帅1, 田聪聪1, 惠鹏2, 燕映霖2, 杨蓉2   

  1. 1 西安理工大学材料科学与工程学院, 陕西 西安 710048;
    2 西安理工大学理学院, 陕西 西安 710048
  • 收稿日期:2018-07-13 修回日期:2019-02-14 出版日期:2019-06-05 发布日期:2019-06-05
  • 通讯作者: 邓七九(1988-),男,讲师,研究方向为新能源材料与器件。
  • 作者简介:邓七九(1988-),男,讲师,研究方向为新能源材料与器件。E-mail:dengqijiu@hotmail.com。
  • 基金资助:
    中国博士后面上项目(2018M633544);西安理工大学博士启动基金(101-451117007);国家国际科技合作专项项目(2015DFR50350);国家自然科学基金(51702256);陕西省科技计划(2017JQ5055);陕西省自然科学基础研究计划(2017GY-160)。

Research progress on the electrochemical storage mechanisms of metalorganic frameworks in secondary batteries

DENG Qijiu1, FENG Shuaishuai1, TIAN Congcong1, HUI Peng2, YAN Yinglin2, YANG Rong2   

  1. 1 School of Materials Science and Engineering, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, Shaanxi, China;
    2 School of Science, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, Shaanxi, China
  • Received:2018-07-13 Revised:2019-02-14 Online:2019-06-05 Published:2019-06-05

摘要: 金属-有机框架(MOFs)具有多孔、大比表面积和结构与功能可调控等特点,已被广泛用作二次电池电极材料。本文重点介绍了MOFs作为二次电池电极材料的储能机制研究进展,主要分为转化储能机制、脱嵌储能机制、物理吸脱附储能机制等,并分析了各类储能机理的储能特点及对电化学性能的影响,探究了MOFs在较大离子半径的钠、钾离子电池中的应用特点及发展潜力。最后简要讨论了MOFs作为电极材料的设计思路为兼顾各类储能机制的优点,即选用较多储能位点的结构及较稳定的金属离子作为有机配体的连接点。

关键词: 金属-有机框架, 锂离子电池, 优化设计, 化学过程, 电化学

Abstract: Metal organic frameworks (MOFs) with well-developed porosity, large specific surface area, controllable structure and functionalities have been widely used as electrode materials in secondary batteries. In this paper, the mechanisms of MOFs in secondary-ion batteries have been systematically reviewed in terms of the metal center and organic ligands, including conversion reaction, insert/de-insert mechanism, surface absorption/desorption mechanism. And the energy storage characteristics of various mechanisms and their impact on the electrochemical performance are also analyzed. Additionally, the potential applications of MOFs in secondary-ion batteries based on sodium-ion and potassium-ion with larger radius are also addressed. Finally, the structural design and development trend of an ideal MOFsbased electrode material are briefly outlined. Stable metal ions with abundant energy storage sites should be used as organic ligand conjunction.

Key words: metal-organic frameworks, lithium-ion battery, optimal design, chemical processes, electrochemistry

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