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Wiley电池领域最新进展 | 功能化碳表面存储钠、N掺杂碳/石墨烯片存储硫、锂氧电池机理、苯醌类正极材料、同位素追踪电

已有 497 次阅读 2020-4-21 14:17 |个人分类:热点研究|系统分类:论文交流


01 综述:用于钠离子存储的功能化碳表面

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钠离子电池(SIBs)有望用于大规模储能系统,碳材料最有可能成为其电极的候选材料。碳材料中存在的缺陷对于提高钠存储能力至关重要。但是,可逆容量和效率都需要进一步提高。功能化是解决此问题直接可行的方法。根据表面功能化产生的碳材料结构变化,定义了三个基本类别:杂原子掺杂、官能团接枝和缺陷屏蔽。杂原子掺杂可以改善电化学反应性,官能团接枝可以促进扩散控制的本体过程和表面受限的电容过程。屏蔽缺陷可以进一步提高效率和循环稳定性,而不会牺牲可逆容量。在这篇综述中,清华大学深圳研究生院吕伟副研究员(通讯作者)Jiabin Ma贺艳兵副研究员康飞宇教授清华-伯克利深圳学院杨全红教授等人,介绍了产生表面功能化方法的最新进展,并讨论了对碳材料物理和化学性质的相关影响。此外,还总结了未来研究的关键问题,挑战和可能性。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201902603 


02 高度N掺杂碳/石墨烯片作为硫宿主

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锂-硫(Li-S)电池被认为是下一代电化学储能最有潜力的候选体系之一。该体系的主要挑战是多硫化物的穿梭,其导致差的循环效率。在这项工作中,广东工业大学轻工化工学院林展教授、陈超副教授团队设计了一种高度N-掺杂的碳/石墨烯(NG/G)片作为硫主体,其结合丰富的N活性位点和高电导率的优点,实现了多硫化锂(LiPSs)的原位锚定-转化。这样的宿主不仅与LiPSs具有强的结合,而且还促进了氧化还原动力学。基于NC/G主体的硫正极展现出高的初始容量1380 mAh g-1和优异的循环稳定性,在2 C下循环500圈的容量损失率为0.037%。即使在电解液中不添加LiNO3,在高硫载量(5.6 mg cm-2)下也能获得稳定的面积容量。这项工作提出并说明了LiPS原位锚定-转换的重要性,为设计高性能Li-S电池的多功能硫宿主提供了一种新策略。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906357 


03 Li-O2电池中的作用机理研究

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用空气代替氧气(O2)是开发锂(Li)-空气电池的关键步骤。但是,空气中的痕量二氧化碳(CO2)会影响O2的化学反应,这表明实际电池的设计需要对CO2的影响有基本的了解。当将高达30%的CO2添加到Li-O2电池中时,CO2充当O2-清除剂。它们的化学反应在四甘醇二甲醚电解质溶液中形成可溶性产物CO42-和C2O62-,并增强全容量和电池循环能力。然而,一个关键的挑战是充电过程中副产物Li2CO3的缓慢分解。为了降低充电过电势,韩国梨花女子大学Dong Ha Kim教授韩国科学技术院(KAIST)Hye Ryung Byon教授合作,引入了Br3-/Br2氧化还原电对,并使用显微镜方法研究了其氧化还原行为。Br3-/Br2的氧化还原穿梭比其晶态对应物更加有效地分解非晶态Li2CO3。揭示了Br2与Br3-结合形成Br2···Br3-络合物,其在电解质溶液中充当移动催化剂,而不会迅速沉淀出非极性Br2。这项全面的研究工作揭示了移动催化剂的分子结构和氧化还原过程,从而为改进氧化还原电对的设计以实现优异循环性能提供了借鉴。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903486 


04 合理设计锂电苯醌类正极材料

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对苯醌(BQ)由于其较高的理论比容量和电压而成为锂离子电池(LIBs)极具前景的正极材料。但是,它在有机电解质中存在严重的溶解问题,导致不良的电化学性能。在此,天津大学杨继兴博士、许运华教授设计并合成了两个具有近-平面结构且骨架相对较大的BQ-衍生分子:1,4-双(对苯醌)苯(BBQB)和1,3,5-三(对苯醌)苯(TBQB)。由于强烈的分子间相互作用,它们的溶解度大大降低。作为LIBs正极材料,它们的羰基利用率高达100%,初始容量分别为367和397 mAh g-1。特别是,具有更好平面度的BBQB呈现出显着改善的循环能力,在100次循环后仍保持306 mAh g-1的高容量。BBQB的循环稳定性超过了所有报道BQ-衍生的小分子和大多数聚合物。这项工作提供了一种新的分子结构设计策略,以抑制有机电极材料的溶解,从而获得高性能的可充电电池。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201909597 


05 通过同位素标记揭示电解质分解路径

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先进的锂离子电池(LIB)电解质的分解会导致电池工作期间的混合物非常复杂。此外,由于诸如快速充电引起的热应变可引发降解并产生各种化合物。电解质的分解产物与LIB在整个寿命中性能逐渐消失之间的相关性尚不清楚。德国明斯特大学Sascha Nowak课题组研究了1 M LiPF6溶解在13C3标记的碳酸亚乙酯(EC)和未标记碳酸二乙酯中电解质的热降解和电化学降解,并提出了相应的反应路径。此外,描述了低聚化合物的断裂机理假设。用液相色谱-高分辨率质谱法检查和评估了可溶性分解产物的类别。这项研究提出了低聚磷酸盐的形成机制,以及有关碳酸盐-磷酸盐的矛盾现象,反对了单乙醇酸甲酯/碳酸乙酯作为主要反应物种。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000727 


(本期作者:毛毛的维)



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