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中間相炭微球（MCMB）由于其商業(yè)可用性、高穩(wěn)定性和低成本而非常適合作為可充電鉀離子電池（PIB）的負極材料。然而，它們的電荷存儲和界面機制仍不清楚。

在此，青島科技大學李桂村教授、張忠華副教授等人通過使用具有不同鹽、溶劑、鹽濃度和添加劑的四種不同電解液（E1~E4）系統(tǒng)地研究了MCMB負極的K離子存儲機制和界面化學演變。MCMB負極通過裸鉀離子插層機制表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能，而通過溶劑化鉀離子共插層機制顯示出不令人滿意的比容量。

此外，高濃度電解液可以有效抑制溶劑化鉀離子的共插層。借助原位實驗，作者發(fā)現(xiàn)從石墨到KC₈的完全轉變是通過裸鉀離子順序分批插層機制實現(xiàn)的，這是導致更高比容量的原因。

圖1. 揭示K⁺存儲機制的原位XRD測試

界面分析表明，在所有電解液中MCMB 電極表面都形成了SEI層。MCMB電極表面SEI層的成分主要包含有機物種和無機物種，它們來自鹽和溶劑的分解。SEI成分也從表面到整體變化，并隨著電解液的變化而變化，且石墨剝落可能發(fā)生在醚基電解液中，導致連續(xù)的副反應和容量衰減。

此外，尤其要注意準確控制含氟添加劑的濃度和成分，否則可能會表現(xiàn)出不滿意的容量和循環(huán)性能。這種對插層機制和界面演化的機理洞察促進了用于電池技術的高性能石墨負極材料的電解液化學設計。

圖2. 不同電解液中MCMB上形成的SEI的XPS表征

Mechanistic Insights into the Intercalation and Interfacial Chemistry of Mesocarbon Microbeads Anode for Potassium Ion Batteries, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202103557

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李桂村/張忠華Small: 鉀離子電池中炭微球負極插層和界面化學的機理洞察

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