国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

成果簡介

可再充電鹵素離子電池（HIBs）具有較高的能量密度、低成本和無枝晶特性，是大規(guī)模應(yīng)用的理想候選者，但電解質(zhì)限制了HIBs的性能和循環(huán)壽命?；诖?，澳大利亞悉尼科技大學(xué)汪國秀教授、美國馬里蘭大學(xué)王春生教授、清華大學(xué)深圳國際研究生院李寶華教授和周棟助理教授（共同通訊作者）等人報道了一種提高HIBs性能的非水系電解質(zhì)。通過實(shí)驗測量和建模方法，作者證明了HIBs的失效主要是由正極過渡金屬、鹵素元素和放電產(chǎn)物在液體電解質(zhì)溶液中的溶解所主導(dǎo)的，可以通過氟化低極性溶劑的組合有效地抑制。氟化溶劑型電解質(zhì)的原位凝膠化阻止了界面相的溶解，從而提高了電池性能。

在文中，作者展示了一種合理設(shè)計的準(zhǔn)固態(tài)鹵化物離子導(dǎo)電凝膠聚合物電解質(zhì)（HGPE），它可以提高氯離子電池（CIBs）的可逆容量和循環(huán)性能。HGPEs是通過三丁基甲基氯化銨（TBMACl）鹽溶解在2, 2, 2-三氟-N, N-二甲基乙酰胺（FDMA）和1, 1, 2, 2-四氟乙基-2, 2, 2 -三氟乙醚（HFE）的混合溶劑中的液態(tài)電解質(zhì)原位聚合制備的。測試發(fā)現(xiàn)，HGPEs具有足夠的離子電導(dǎo)率（在25 °C時2.64 ?mS cm^–1）、高氧化穩(wěn)定性（4.0 V vs. Li⁺/Li）和安全性（即不可燃性和無泄漏）。當(dāng)HGPE與50 μm厚的Li金屬負(fù)極和FeOCl基正極組合使用時，在25 ℃和125 mA g^-1條件下，CIB具有較高的初始放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性（250次循環(huán)后容量保留率為85.2%，500次循環(huán)后容量保留率為68.3%）。

理論模擬和實(shí)驗研究表明，HGPE的定制溶劑化結(jié)構(gòu)和聚合物基體可以抑制界面相的副反應(yīng)。值得注意的是，該CIB與最近報道的Na(Li)/Cl₂電池體系在機(jī)理上有所不同，堿金屬離子作為電荷載流子在電極之間穿梭，導(dǎo)致堿金屬電極存在枝晶生長問題。此外，作者還證明了HGPE概念可以擴(kuò)展到生產(chǎn)可逆的氟離子電池（FIBs）和溴離子電池（BIBs），為二次鹵素離子電池開辟了一條有前途的發(fā)展道路。

研究背景

鋰離子電池（LIBs）因其原材料成本高，而無法滿足大規(guī)模固定式儲能需求。因此，迫切需要開發(fā)基于更豐富元素的新型可再充電電池系統(tǒng)。雖然堿金屬離子電池、多價金屬離子電池等非LIBs受到了廣泛的關(guān)注和研究，但在不犧牲能量密度的情況下，開發(fā)出循環(huán)壽命長、成本低的非LIBs仍然是一個挑戰(zhàn)。鹵素離子電池（HIBs，以陰離子物種作為電荷載體的氟離子（F^–）、氯離子（Cl^–）和溴離子（Br^–））由于其相對較高的能量/功率密度（>500 Wh L^?1）和鹵素元素的資源豐富，在低成本儲能方面具有競爭力。其中，氯離子電池（CIBs）和氟離子電池（FIBs）可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)2500 Wh L^-1和5000 Wh L^-1的理論容量能量，分別與Li-O₂電池和Li-S電池相當(dāng)。此外，單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)機(jī)制使HIBs具有比多價金屬離子電池更快的電極反應(yīng)動力學(xué)，同時HIBs在金屬負(fù)極本質(zhì)上是無枝晶的，從而消除了金屬負(fù)極基電池因陽離子穿梭導(dǎo)致普遍存在的安全問題。

然而，目前HIBs電極與鹵素離子導(dǎo)電電解質(zhì)（水系電解質(zhì)、非水系液體電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)）之間的兼容性普遍較差。水系電解質(zhì)狹窄的電化學(xué)窗口極大地限制了其電池能量密度，而固態(tài)電解質(zhì)低的離子電導(dǎo)率和不良的界面接觸阻礙了HIBs發(fā)展。對于鹵素鹽溶解在碳酸鹽或離子液體溶劑中的非水系液體電解質(zhì)，其正極在循環(huán)過程中發(fā)生了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)退化，其可能的失效機(jī)制（體積變化、電極分層等）仍存在爭議。此外，金屬負(fù)極與電解質(zhì)之間的相容性，特別是鹵素離子導(dǎo)電無源界面的構(gòu)造，很少被考慮。因此，篩選合適的電解質(zhì)溶劑來支持高性能HIBs仍然是最大的挑戰(zhàn)。

圖文導(dǎo)讀

以FeOCl為正電極和厚度為50 μm的Li金屬負(fù)極為電池，對Cl離子導(dǎo)電HGPE-基CIBs的性能進(jìn)行了評價。通過循環(huán)伏安（CV）曲線發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eOCl正極存在多步Cl離子放電/充電過程。Li|HGPE|FeOCl電池表現(xiàn)出高度重疊的CV曲線，低極化和可忽略的電解質(zhì)氧化，證明了該CIBs的可逆性。Li|HGPE|FeOCl電池顯示出230 mAh g^?1的高初始放電容量，庫侖效率為97.4%，在250次循環(huán)后容量保留率為85.2%，在500次循環(huán)后容量保留率為68.3%。此外，Li|HGPE|FeOCl電池在電流密度為50、125、250和500 mA g^?1時的放電容量分別為243、202、140和85 mAh g^?1，高于使用單溶劑電解質(zhì)和含氟液體電解質(zhì)的電池，表明通過HGPE和電極/電解質(zhì)界面改善了Cl^–動力學(xué)。

圖1. CIBs的電解質(zhì)篩選

圖2. 準(zhǔn)固態(tài)CIBs的電化學(xué)性能

圖3.電解質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)

圖4. FeOCl基電極的非原位物理化學(xué)表征

圖5. Li|電解質(zhì)界面的電化學(xué)和物理化學(xué)表征

作者組裝了在正極上負(fù)載FeOCl的單層袋式電池，以進(jìn)一步評估CIB的實(shí)際性能。在125 mA g^?1和25 °C條件下，HGPE-基袋式電池提供的初始放電容量為210 mAh g^?1、比能量為275.5 Wh Kg^?1，并在100次循環(huán)后保留率為79.5%，高于使用1?M TBMACl的袋式電池，使其成為大規(guī)模儲能應(yīng)用的有前途的電池系統(tǒng)。當(dāng)充滿電的電池在130 ℃老化時，在DMA電解質(zhì)中使用1 M TBMACl的袋式電池，由于電解質(zhì)熱分解導(dǎo)致接觸失效，10 min后開路電位突然下降。由于氟化溶劑和聚合物基體的熱穩(wěn)定性，HGPE-基袋式電池在老化測試過程中保持了恒定的厚度和穩(wěn)定的開路電壓。此外，在DMA電解質(zhì)中使用1 M TBMACl的電池在彎曲條件下失去電源，而Li|HGPE|FeOCl袋式電池表現(xiàn)出更好的靈活性。

圖6.準(zhǔn)全固態(tài)CIB系統(tǒng)的袋式電池特性

文獻(xiàn)信息

Electrolyte design principles for developing quasi-solid-state rechargeable halide-ion batteries. Nature Communications, 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36622-w.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36622-w.

原創(chuàng)文章，作者：菜菜歐尼醬，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/01/26/c40ecc890b/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

汪國秀/王春生/李寶華/周棟，最新Nature子刊！

相關(guān)推薦

汪國秀/王春生/李寶華/周棟，最新Nature子刊！