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武漢大學宋智平Energy Storage Mater.:高

添加人:材料人 發布時間:2020-7-14 12:22:26 來源:微信公眾號

目前,鋰離子電池已經取得了巨大的商業成功,但由于正極材料所需的鈷、鎳等過渡金屬資源有限,因此面臨資源可持續性的問題。但是不斷增長的電動汽車和儲能市場,需要尋求更高效、更可持續的電池,進一步促進了有機電極材料(OEM)的發展。迄今為止,基于共軛羰基的OEM具有良好的電化學性能、資源可用性、廣泛的結構和性能多樣性。然而,羰基OEM的應用面臨活性物質在非質子電解液中的溶解,導致循環穩定性差和不利的“穿梭效應”等問題,這與Li-S電池非常相似。由于溶解行為是SMOEM與電解液之間的相互作用,后者可能在影響溶解性以及循環性能方面起著重要作用。然而,先前的研究大多忽略了電解液的作用,并且關于SMOEM材料的電解液很少進行優化分析。此外,雖然普遍認為容量下降和庫侖效率低的根源是溶解問題,但是OEM的具體溶解性以及與電解液之間的相互作用機理仍不清楚。因此,作者希望通過一種簡便的電解液優化策略來改善SMOEM的循環穩定性,而無需任何其他的復雜過程,并提供對詳細機理的更深入的理解。
【成果簡介】
近日,中國武漢大學的宋智平教授(通訊作者)等人采用簡單的“高濃度電解液”策略來研究兩個典型的二酐分子,即1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTCDA)和3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA),改善了兩者的循環穩定性。值得注意的是,在3 M LiTFSI/DOL+DME電解液(雙三氟甲基磺酰亞胺鋰/1,3-二氧戊環+1,2-二甲氧基乙烷)中,在100 mA g-1下,經過1000次循環后,PTCDA的容量保持率達到87%(相對于147 mAh g-1的最大容量),平均庫侖效率為99.99%,這是SMOEM的最佳循環性能記錄之一。在不同濃度(1、2、3和4 M)的LiTFSI/DOL+DME電解液中,NTCDA和PTCDA的對比研究表明,活性材料的固有晶體結構穩定性和適當的電解液都是獲得良好循環穩定性的關鍵因素。根據非原位表征結果,作者提出了SMOEM的“溶解再沉積”機制,以更新研究者對溶解行為的模糊理解。這項工作不僅增強了研究者對SMOEM電化學性能的信心,而且為SMOEM提供了更深入的機制理解,對于促進它們的實際應用具有重要意義。相關成果以“Stable cycling of small molecular organic electrode materials enabled by high concentration electrolytes”為題發表在Energy Storage Materials上。

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