科大工學院研發可持續能源儲存技術　大幅提升固態鋰電池性能及安全

由香港科技大學（科大）化學及生物工程學系副教授金允燮教授帶領的研究團隊在鋰金屬電池技術領域取得重大突破。團隊合成了一種新型材料「單晶三維硼酸鹽共價有機框架」（單晶三維B-COF），可用作固態電解質，大幅提升固態鋰電池的性能，有望為電動車及大規模儲能系統提供更安全、更高能量密度的創新解決方案。研究成果已於國際權威期刊《先進科學》發表，論文題為「用於固態鋰金屬電池的單晶硼酸鹽共價有機框架」。

傳統鋰金屬電池面對鋰枝晶生長帶來的安全風險，以及不穩定電解質界面導致的快速退化。共價有機框架（COFs）具多孔結構和穩定的特性，是極具潛力的電解質材料，然而大多數COFs為多晶體，巨大顆粒間產生的阻力會限制COFs的性能。

為克服此難題，研究團隊利用COF-303作為模板，構建了具高度有序離子通道的單晶三維B-COF。這種單晶顯著降低了晶界阻力，並促進鋰的均勻沉積，能有效抑制枝晶的生長，提升固態鋰電池在以下三方面的性能：

• 卓越的離子電導率與選擇性：在準固態下，室溫離子電導率達到8.1 mS cm^–1，鋰離子遷移數達0.98，確保離子能快速並選擇性地移動。
• 優越的界面穩定性與安全性：在對稱電池中，可穩定支持逾2,000小時的鋰沉積與剝離，並有效抑制具危險性的枝晶形成。
• 高效能與長期耐用性：採用磷酸鐵鋰（LiFePO₄）正極的全電池表現出穩定的循環性能。在0.5C倍率下循環600次後，容量保持率達91.8%，庫倫效率達 99.98%，初始容量為147 mAh g^–1。

研究通訊作者金允燮教授表示：「是次研究凸顯了單晶三維B-COFs用作固態電解質的巨大潛力。透過解決多晶材料存在的結構紊亂問題，研究有望進一步實現高性能、安全的儲能解決方案，成為推動綠色未來的關鍵引擎。」

是次研究由科大金允燮教授、上海交通大學溥淵未來技術學院王衍明教授帶領的團隊合作完成。論文共同第一作者為科大化學及生物工程學系博士生田野博士、博士後研究員程曉龍博士，以及上海交通大學博士研究生程磊先生。

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（原文由香港科技大學環球事務及傳訊處在此發布。）