​陆俊/张庆华/侯阳AEM：人脑毛细血管启发的自组装COF膜助力钠硫电池

室温钠硫（RT/Na-S）电池是一种有前景的低成本储能技术。然而，隔膜在该系统中的重要作用往往被忽视了。

图1. HB/CNT@COF膜的作用示意

浙江大学陆俊、张庆华、侯阳等受人脑毛细血管维持大脑平衡的启发，开创了共价有机框架（COF）膜的主客体自组装策略，其赋予膜多种功能（钠离子运输、封闭和多硫化物的转化），以维持RT/Na-S电池系统的稳定性。

COF具有预先设计的纳米结构、固有的规则孔隙率和电荷密度的可调控性，为构建理想的隔膜提供了引人注目的机会。基于此，作者为Na-S电池开发了一种双层结构的隔膜，它整合了三种功能成分：离子分子、共价有机框架和碳纳米管。

图2. 材料表征及对多硫化物扩散的抑制

开发的生物仿生膜（HB/CNT@COF）拥有规则的钠离子选择性传输通道和多硫化物开关层。该仿生膜还能满足高效的钠离子运输、抑制钠树枝的形成、防止多硫化物穿梭和及时转化多硫化物的要求。

因此，由于羟基萘酚蓝（HB）和多壁碳纳米管（CNT）的协同作用，HB/CNT@COF电池表现出733.4 mAh g^-1的容量，在4C下循环400次后容量衰减有限，这一性能几乎是商用玻纤隔膜的4倍。此外，该电池在贫电解液的条件下表现出了优异的性能。

图3. Na–S电池的性能

Brain Capillary-Inspired Self-Assembled Covalent Organic Framework Membrane for Sodium–Sulfur Battery Separator. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202204334

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