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姑苏纳米所在原位构建有序构造的SEI层用于高机2020-12-25


相关研究结果以In-situ self-assembly of ordered organic/inorganic dual-layered interphase for achieving long-life dendrite-free Li metal anodes in LiFSI-based electrolyte为题,发表在Advanced Functional Materials上,苏州纳米所博士王健为论文第作者。研究工作得到国度重点研发打算、国家天然科学基金及德国Alexander von Humboldt Foundation(德国洪堡基金会)等的支撑。

起源: 苏州纳米技术与纳米仿生研究所

便携式智能器件与长续航电动汽车的发展,对可充电的二次电池的能量密度提出了更高的请求。当锂负极与硫正极相匹配时,组成锂硫电池的容量高达2600 Wh kg-1,这将实用于将来高能量密度需要的电动汽车。在前期的硫正极研究中,从纳米资料结构设计与表面功能化出发(Journal of Power Sources, 2016, 321,关晓彤跟赵露思同台照,看到身高对照,大家才晓得腿长, 193;Nano Energy, 2017, 40, 390),制备出不同的活性纳米催化剂复合材料(ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 12727;Energy Storage Materials, 2020, 28, 375;ChemSusChem, 2020, 13, 3404),并选用原位光谱手段探索其相关作用机制 (Energy Storage Materials, 2019, 18, 246;Energy & Environmental Materials, 2020, DOI: 10.1002/eem2.12152)。

在众多负极中,金属锂负极具备高的实践比容量和低的电极电势。然而,寿命短和稳固性差等问题阻碍其贸易化过程。金属锂负极面临挑衅:电化学形成的固态电解质旁边相(SEI)的脆性与蓬松性,使金属锂产生不平均沉积与溶解,终极造成枝晶;体积膨胀引起的电极结构变形和粉化。这些问题并非彼此独破,而是内在关系的。

图3.有序双层SAHL SEI层润饰锂金属电极的电化学稳定性

图4.原位SFG对SEI作用机制研究

图2.有序结构SAHL-Li的自组装演变过程及其界面有机、无机层的表征

在电化学测试进程中,选用前期课题组报道的LiFSI基醚类电解液系统(ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 30500),预处置的锂金属电极在高达10 mA cm-2的前提下表示出优良的可逆性与稳定性,即使在3 mA h cm-2的大沉积溶解容量下也坚持着高库仑效力,这些电化学结果优于多数报道的文献。轮回后的SEM图显示,预处理的金属锂表面润滑平坦,而原始锂片则形成众多的裂缝与粉化。

不同于惯例的无序结构或单组分SEI的负极(图1),研究应用高反映活性Pyr13FSI离子液体在锂金属表面自组装形成有序结构的有机/无机SEI层,通过界面抉择性和频振动光谱(SFG)、X射线光谱(XPS)及原子力谱(AFM)表征了有序结构中有机层与无机层的存在(图2)。

步,该团队选用自主设计与研发的原位电化学跟频振动光谱技巧,原位SFG测试成果显示有序有机/无机杂化SEI层妨碍了溶剂分子在金属锂名义的吸附,对克制锂枝晶构成的存在上风。

图1.金属锂表面SEI层的结构示用意

针对上述问题,中国迷信院姑苏纳米技术与纳米仿生研究所教学张跃钢与研究员蔺洪振团队,从表面功效化角度动身,在金属锂表面制备出有序构造的有机/无机SEI层,并选用原位和频振动光谱手腕研讨其相干作用机制,雷锋开奖kj123直播现场图片



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