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【双登集团】技术丨固态钠硫柔性锂电、超电硅ag亚游集团只为非 发布日期:2019-08-10 08:20 浏览量:

  近些年,室温硫化钠(RT-NA-S)电池的研究得到一定发展,其中一直具有挑战性的问题是如何抑制多硫化钠溶解穿过隔膜。

  近些年,室温硫化钠(RT-NA-S)电池的研究得到一定发展,其中一直具有挑战性的问题是如何抑制多硫化钠溶解穿过隔膜。为此,德克萨斯大学奥斯汀分校的Xingwen Yu和Arumugam Manthiram在CellPress旗舰刊Matter上发文提到了用NASICON型Na3Zr2Si2PO12钠离子固体电解质膜来改善这一问题。但是,作为固体电解质电池的一个普遍问题,钠金属负极与Na3Zr2Si2PO12膜之间的离子界面性较差。为了解决这个问题,一种有效的方法是在Na3Zr2Si2PO12膜上涂上一层具有固有纳米多孔性(PIN)的聚合物。结果表明PIN涂层可显著改善钠负极与Na3Zr2Si2PO12膜之间的离子界面性能,电池表现出更好的循环寿命。

  磷具有较高的理论容量,其表面易氧化,导致其理化性质发生变化,因而在储能领域引起了广泛的关注。在此,香港科技大学Jang-Kyo Kim等人报告了氧化态二维黑磷/石墨烯氧化物(BP/GO)异质结构材料中一个以前被忽视的储锂机制。基于从头算分子动力学模拟,Li+在80MeV的超低扩散势垒下进行传输,超快扩散动力学为2.5×10-6cm2s-1。此外,当二维BP与GO层进行化学结合时,会产生显著的协同效应,从而使得到的柔性BP/GO纸表现出优异的机械强度和柔韧性。在锂离子半电池中,BP/GO负极能维持500个稳定循环,库仑效率高达99.6%。作者还以BP/GO负极、V2O5/CNT正极和凝胶聚合物电解质组装了准固态可弯曲的锂离子全电池。它可以同时提供389 Wh kg-1和498 Wh L-1的高重量和体积能量密度。反复折叠测试,100个循环后容量保留率也高达92.3%。这一工作所制备的柔性电池非常适合为有高能量密度和机械稳定性要求的可穿戴电子设备供电。

  石墨碳氮化物是一种有序的二维材料,具有高π键共轭度、高氮掺杂、合适的带隙以及良好的稳定性。然而,其本身结构所具有的低导电率(小于1 S cm-1)限制了其在电化学储能领域的应用。造成这一结果的原因是传统合成方法难以有效控制材料的厚度以及过量的氮掺杂(~50%)会导致材料导电性变差。在这里,美国哥伦比亚大学Xi Chen等人通过以石墨烯为模板的范德华外延策略,制备了一种超薄导电石墨碳氮化物(厚度约1.0nm),其具有高导电性(12.2 Scm-1)、窄孔径分布(5.3nm)、大比表面积(724.9 m2g-1)以及合适的氮掺杂水平(18.29%)。掺杂氮的超薄结构为离子的有效传输和储存提供了许多通道和活性位点,其中石墨烯层起到了微电流收集器的作用,随后在1 mA cm-2下表现出936 mF cm-2的高储能能力,在10000个周期内表现出优异的循环稳定性。此外,作者所制备的全固态超级电容器在1 mAcm-2的电流密度下表现出281.3μWhcm-2的超高能量密度,并具有高的倍率、库仑效率和柔韧性能。这项工作为自下而上合成超薄二维材料提供了一种通用方法,有助于推进石墨碳氮化物在储能领域应用。

  开发一种简便有效的方法来提高锂(Li)金属负极的电化学性能是构建高能量密度锂金属电池的关键。在此,悉尼科技大学Bing Sun,汪国秀和美国斯坦福大学崔屹等人联合探索了温度依赖性锂的成核和生长行为,构建了一种依赖于温度的无枝晶锂金属负极。一系列的非原位和原位电镜研究表明,提高锂沉积温度可导致锂金属大的晶核尺寸、低的成核率以及致密性生长。结果表明,高温下非质子电解质中亲锂性的增强和锂离子扩散系数的增加是导致无枝晶锂生长行为的重要因素。作为半电池和全电池的负极,具有最小比表面积的致密沉积锂在60°C下具有高库仑效率和长周期稳定性。

  

  目前使用的锂离子电池水系电解液具有1.5 V的窄电位窗口。为此,中科院宁波材料所的Liang Chen,Jiwen Feng和Zhaoping Liu等人首次发现了甲基磺酰甲烷-高氯酸锂-水系新型深共晶溶剂(DES)电解质,它是安全、环保、低成本的“盐包水”水系电解液。结果表明,当MSM:LiClO4:H2O的摩尔比为1.8:1:Z(Z0.3)时,锂离子能与S=O双键、高氯酸盐和水分子中的氧原子发生配位,在室温下保持流动性。这种DES电解质具有令人满意的电化学稳定窗口(~3.5 V),这使得LiMn2O4/Li4Ti5O12水性锂离子电池既具有高能量密度(160 Wh kg-1)又具有高容量保持率(1000次循环后为72.2%)。总的来说,这种新型DES电解质可为探索绿色水系锂电电解液提供新的见解。

  目前,高容量硅负极是碳基材料的一种可行替代品,但在充放电循环过程中,由于体积变化较大,所以结构不稳定。另外,硅还有低的锂离子和电子迁移速率问题,这会限制电池的充电速度。那么,有没有方法实现“一石三鸟”的效果?韩国浦项科技大学Soojin Park和蔚山国家科学技术研究院的Hosik Lee、Jun Hee Lee等人对硅进行少量的硫掺杂(1 at%)处理,可得到一种柔且坚的自支撑通道来改善导锂性能。这种不寻常的掺杂特性是由掺杂剂和硅在熔融盐介质中同时自下向上组装而形成的。这种硫掺杂硅负极显示出高稳定的循环稳定性和倍率性能,所表现出的高能量密度超过了目前商业化的标准负极。

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