0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

构建双功能非对称型纤维素凝胶电解质同时抑制穿梭效应和枝晶生长

锂电联盟会长 来源:科学材料站 2023-04-12 10:30 次阅读

研 究 背 景

随着电子储能设备的日益更新换代以及电动汽车领域的发展,锂硫电池具有超高的比容量(1675 mAh/g)和超高的能量密度(2600 Wh/kg)受到科研人员的广泛关注。但硫正极的多硫化物穿梭效应和锂负极的界面不稳定是阻碍高能量密度锂硫电池商业化的主要技术问题,单纯解决多硫化物穿梭或者锂枝晶生长的问题会导致存在安全隐患或电池寿命较短的不足。同时商业电解液的泄露问题也是实际应用过程需要重点关注的焦点。开发固态/凝胶电解质在高性能锂硫电池具有重要的研究意义。

文 章 简 介

基于此,南京林业大学付宇课题组在国际知名Small上发表题为Simultaneously Suppressing Shuttle Effect and Dendrite Growth in Lithium–Sulfur Batteries via Building Dual Functional Asymmetric-Cellulose Gel Electrolyte”的观点文章。该文章制备了一种非对称型纤维素电解质来解决锂硫电池中的穿梭效应以及锂枝晶生长的问题,为生物质材料在锂硫电池的应用提供了新的思路。

4bbd8e90-d8d8-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

图1 非对称纤维素凝胶电解质的设计思路

本 文 要 点

要点一:UiO66/BP异质结的缺陷离子化工程

在之前的工作中,我们团队已经利用油水界面自组装的方法制备了UiO66/黑磷异质结(Chemical Engineering Journal, 2023, 454: 140250),但异质结对于多硫化锂的催化性能仍然不满意,因为MOF 材料对于多硫化物的吸附和催化性能较差。

为此,我们对异质结中的UiO66进行了缺陷化和离子化的处理,缺陷化使得UiO66暴露更多的金属Zr位点,提升了MOF的催化活性;离子化工程则使得配体氨基官能团季铵盐阳离子化,使得MOF能通过静电吸附效应捕获负电荷的多硫根离子。通过电化学测试表明多硫化锂在异质结界面上实现快速吸附-催化-转化的过程,有效地抑制了多硫化锂的穿梭效应。

4bea5c54-d8d8-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

图2 多硫化锂在异质结界面的吸附和催化转化机理图

要点二:阳离子型纤维素电解质稳定锂金属负极

针对纤维素电解质锂离子迁移数低而无法诱导离子在负极表面均匀沉积的过程,我们组提出了一种基于静电吸附机理的策略来提升锂离子迁移数。在纤维素网络中引入的季铵盐-N+(CH3)3官能团能通过静电作用吸附电解质中的阴离子,限制了阴离子的运动,从而使得纤维素的锂离子迁移数高达0.79。通过锂对称电池也证明阳离子型纤维素电解质有效稳定了锂负极,实现了长时间锂电镀/剥离过程中的平稳过电位。

4c17f3f8-d8d8-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

图3 阳离子型纤维素电解质QACA对于锂负极稳定性测试及机理

要点三:抑制穿梭效应和枝晶生长的测试

将缺陷离子化的Di-UiO66/BP异质结通过真空抽滤到阳离子型纤维素电解质表面,组装电池并评估了非对称纤维素电解质对于锂硫电池电化学性能提升的影响。结果表明非对称电解质能同时抑制多硫化锂的穿梭效应和锂枝晶的生长,锂硫电池在1000圈循环后仍保留383.9mAh/g的高比容量,每圈容量衰减率仅为0.053%。

4c3848b0-d8d8-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg






审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电动汽车
    +关注

    关注

    155

    文章

    11862

    浏览量

    229522
  • 电解质
    +关注

    关注

    6

    文章

    800

    浏览量

    19989
  • 电解液
    +关注

    关注

    10

    文章

    835

    浏览量

    23035
  • 锂硫电池
    +关注

    关注

    7

    文章

    95

    浏览量

    13575
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    全固态锂金属电池的锂阳极夹层设计

    金属锂和电解质的消耗。锂离子的不均匀沉积/剥离导致锂生长和电池安全风险,阻碍了锂金属电池(LMB)的进一步开发和商业应用。由于对机理的了解不够,锂
    的头像 发表于 10-31 13:45 88次阅读
    全固态锂金属电池的锂阳极夹层设计

    无极电容器有电解质吗,无极电容器电解质怎么测

    无极电容器通常存在电解质电解质在无极电容器中起着重要作用,它可以增加电容器的电容量和稳定性。然而,电解质也可能带来一些问题,如漏电和寿命问题。
    的头像 发表于 10-01 16:45 237次阅读

    深圳大学:增效凝胶电解质,实现能量自主和可穿戴传感

    【深圳大学:增效凝胶电解质,实现能量自主和可穿戴传感】 传统的热电转换技术以热电发生器为特征,利用基于固态半导体的电子塞贝克效应来实现热流到电流的直接转换。然而,这些热电发生器通常
    的头像 发表于 08-13 17:37 716次阅读

    具有密集交联结构的明胶基水凝胶电解质(ODGelMA)

    目前,开发一种能够成功实现兼具机械强度、离子电导率和界面适应性的综合水凝胶电解质基质仍然具有挑战性。
    的头像 发表于 05-22 09:17 520次阅读
    具有密集交联结构的明胶基水<b class='flag-5'>凝胶</b><b class='flag-5'>电解质</b>(ODGelMA)

    铌酸锂调控固态电解质电场结构促进锂离子高效传输!

    聚合物基固态电解质得益于其易加工性,最有希望应用于下一代固态锂金属电池。
    的头像 发表于 05-09 10:37 507次阅读
    铌酸锂调控固态<b class='flag-5'>电解质</b>电场结构促进锂离子高效传输!

    复旦大学科学家取得纤维电池技术新突破:衣服、背包可为电子设备充电

    研究团队创新性地设计了具有孔道结构的纤维电极,实现了电极与高分子凝胶电解质的完美融合,成功解决了界面稳定性问题;此外,他们还研发出纤维电池的连续化制造技术,实现了高安全性、高储能性能兼
    的头像 发表于 04-25 16:22 538次阅读

    电解质电极信号采集控制板

    1、产品介绍: 本产品是测量分析人体的血清或者尿液中K,NA CL CA PH LI CL CO2 等离子的浓度含量。 2、应用场景: 电解质分析仪。 3、产品概述: 主控芯片
    的头像 发表于 04-11 09:07 367次阅读
    <b class='flag-5'>电解质</b>电极信号采集控制板

    聚焦无生长的负极设计

    下一代高能量密度电池有望以锂金属作为负极,然而金属锂内在问题,尤其是生长,一直是其实际应用的障碍。
    的头像 发表于 03-18 09:10 575次阅读

    请问聚合物电解质是如何进行离子传导的呢?

    在目前的聚合物电解质体系中,高分子聚合物在室温下都有明显的结晶性,这也是室温下固态聚合物电解质的电导率远远低于液态电解质的原因。
    的头像 发表于 03-15 14:11 982次阅读
    请问聚合物<b class='flag-5'>电解质</b>是如何进行离子传导的呢?

    不同类型的电池的电解质都是什么?

    电解质通过促进离子在充电时从阴极到阳极的移动以及在放电时反向的移动,充当使电池导电的催化剂。离子是失去或获得电子的带电原子,电池的电解质由液体,胶凝和干燥形式的可溶性盐,酸或其他碱组成。电解质也来自
    的头像 发表于 02-27 17:42 1274次阅读

    新型固体电解质材料可提高电池安全性和能量容量

    利物浦大学的研究人员公布了一种新型固体电解质材料,这种材料能够以与液体电解质相同的速度传导锂离子,这是一项可能重塑电池技术格局的重大突破。
    的头像 发表于 02-19 16:16 805次阅读

    固态电解质离子传输机理解析

    固态电解质中离子的迁移通常是通过离子扩散的方式实现的。离子扩散是指离子从一个位置移动到另一个位置的过程,使得电荷在材料中传输。
    发表于 01-19 15:12 2178次阅读
    固态<b class='flag-5'>电解质</b>离子传输机理解析

    关于固态电解质的基础知识

    固态电解质在室温条件下要求具有良好的离子电导率,目前所采用的简单有效的方法是元素替换和元素掺杂。
    的头像 发表于 01-19 14:58 1.7w次阅读
    关于固态<b class='flag-5'>电解质</b>的基础知识

    一种有机-无机非对称固态电解质,实现长循环稳定的高压锂电池

    通过非对称有机-无机复合固态电解质的协同效应,改善了不同阴极(LiFePO4和LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2)/锂电池的循环稳定性,显著拓宽了电化学稳定窗口(5.3 V)并大大增强了锂
    的头像 发表于 12-10 09:23 1599次阅读
    一种有机-无机<b class='flag-5'>非对称</b>固态<b class='flag-5'>电解质</b>,实现长循环稳定的高压锂电池

    锂离子电池电解液的概念、组成及作用

    从儿童玩具到无绳电动工具,再到电动汽车,由锂离子电池供电的产品,包括 三元锂电池 ,在我们的日常生活中正变得越来越普遍。电池的电解液被认为是最重要的组成部分之一。根据电解液的状态, 锂离子电池电解液 可分为液体
    的头像 发表于 11-10 10:00 4028次阅读