调节内部海尔姆霍尔茨平面向稳定的固体电解质间相通过离子-π相互作用,用于高性能无阳极金属电池
Shaobo Ma1, Jingteng Zhao1, Huang Xiao1
1Shandong Provincial Key Laboratory for Science of Material Creation and Energy Conversion, Science Center for Material Creation and Energy Conversion, Institute of Frontier Chemistry, School of Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University, Qingdao, 266237, P. R. China.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|September 25, 2024
概括
无阳极的金属电池通过离子识别电极实现稳定的循环. 这种方法使用阴离子-π 相互作用来控制离子行为,并创建一个强大的固体电解质介相,以提高性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 无阳极金属电池 (AFLB) 具有高能量密度,但由于不规则的沉积和不稳定的固体电解质介相 (SEI),其循环稳定性不佳.
- 控制金属阳极和电解质之间的接口对于提高AFLB性能和寿命至关重要.
研究的目的:
- 引入一种新的概念,即利用子-π相互作用来调节内赫尔姆霍尔茨平面 (IHP) 和电解质溶解化学的子识别电极.
- 提高SEI层的稳定性,并在AFLB中实现高度可逆的涂/脱落.
主要方法:
- 工程电极具有缺乏电子的芳π系统,具有高恒定四极矩 (Qzz) 来诱导离子-π 相互作用.
- 通过使用具有不同Qzz值的电流采集器,研究电极表面电荷,IHP结构和SEI形成之间的相关性.
- 使用基于LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的AFLB和经过修改的碳布电流采集器来评估电池性能.
主要成果:
- 阳离子-π相互作用有效地将阳离子集中在电极表面,调整IHP并形成稳定的离子衍生的SEI层.
- 经过修改的碳布电流采集器 (Qzz = +35.1) 在230个循环中显示出高平均Li剥离/合Coulombic效率 (99.1%).
- 实现了商业级的面积容量为4.1 mAh cm−2,具有出色的寿命和容量保留.
结论:
- 阳离子识别电极为在AFLB中稳定金属阳极接口提供了一个有希望的策略.
- 开发的方法显著提高了循环性能,使长时间,高容量储能.
- 这种方法为高能量密度无阳极金属电池的实际应用铺平了道路.
