康奈尔大学的研究人员通过将一对扭曲的分子结构融合在一起，创造出了一种多孔晶体，它可以吸收锂离子电解质，并通过一维纳米通道将其顺利传输--这种设计可能会带来更安全的固态锂离子电池。
该团队的论文 "Supramolecular Assembly of Fused Macrocycle-Cage Molecules for Fast Lithium-Ion Transport "发表在 Journal of the American Chemical Society上。 该项目由实验室专门从事软性和纳米级材料的合成研究，这些材料可以推动能源存储和可持续发展技术的发展。
在传统的锂离子电池中，离子是通过液态电解质流动的。 但液态电解质会在电池的阳极和阴极之间形成尖锐的树枝状突起，导致电池短路，在极少数情况下还会发生爆炸。 固态电池会更安全，但这也带来了自身的挑战。 离子在固体中移动较慢，因为它们面临的阻力更大。 研究人员希望设计出一种多孔的新晶体，让离子可以通过某种途径移动。 这条通道必须平滑，锂离子与晶体之间的相互作用要弱，这样离子才不会粘在一起。 晶体需要容纳足够多的离子，以确保高浓度的离子。
论文研究了一种由融合大环笼分子组装而成的新型超分子多孔晶体。 该分子由一个棱柱形笼子和三个径向连接的大环组成。 这些分子形成了具有一维纳米通道的纳米多孔晶体。 这种超分子多孔晶体可以吸收锂离子电解质，离子电导率高达 8.3 × 10-4 S/cm。 结构分析和密度泛函理论计算显示，高效的锂离子电解质吸收、一维纳米通道的存在以及锂离子与晶体之间的微弱相互作用，使得锂离子能够快速传输。 研究结果证明了融合大环笼分子作为离子传导分子晶体新设计图案的潜力。
原文链接: Yuzhe Wang et al, Supramolecular Assembly of Fused Macrocycle-Cage Molecules for Fast Lithium-Ion Transport, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c08558
