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研究背景 在碳中和的背景下,开发高安全性和低成本的水系电池具有重要意义。然而,由于水系电池容量相对较低且循环稳定性较差,其实际应用的进程一直受到困扰。近日,苏州大学 李亮&倪江锋/复旦大学 晁栋梁 团队提出了独特的硒化铜转换电化学,用于稳定和高能的水系电荷存储。原位 X 射线衍射和操作拉曼技术揭示了通过 Cu3Se2 和 Cu1.8Se 的中间体从 CuSe 到 Cu2Se 的可逆转变。这种转化过程激活了 Cu2+ 离子的氧化还原载体,并在 20 A g−1 时提供了 285 mAh g−1 的出色倍率能力和高达 30,000 次循环的电化学耐久性。此外,提出了 Cu2+ 和 H+ 共插入化学以促进转化过程。作为概念验证,耦合 CuSe//Zn 的混合水系软包电池能够分别提供 190 Wh kg−1 和 1366 W kg−1 的最大能量和功率密度。其成果以题为 "Conversion electrochemistry of copper selenides for robust and energetic aqueous batteries" 在国际知名期刊 Carbon Energy 上发表。 研究亮点 ⭐作者提出了一种坚固且高能的硒化铜水系电荷存储主体,具有固-固电化学转换机制。CuSe 电极显示出高导电性,并具有大量暴露的活性位点,可进行简单的电荷转移反应。 ⭐原位 X 射线衍射 (XRD) 和操作拉曼结构检查揭示了从 CuSe 到 Cu2Se 的逐步转化,中间体为 Cu3Se2 和 Cu1.8Se。 ⭐这种硒化铜的转化表现出 344 mAh g−1 的可逆 Cu2+ 容量、20 A g−1 时的 285 mAh g−1 倍率容量和 90% 的容量保持率超过 30,000 次循环。Cu2+-和-H+ 共插入化学也被证明可以以优化的能力促进转化过程。 ⭐构建的 CuSe//Zn 混合软包电池作为概念验证,分别实现 190 Wh kg−1 和 1366 W kg−1 的比能量和功率。 图文导读 图1. CuSe 的转换电荷存储机制. ▲图 1A、B 展示了在不同(放电)充电状态下收集的 CuSe 的原位 XRD 图案以及导数 dQ/dV 曲线。相演化揭示了在充放电过程中从 CuSe 到 Cu2Se 的逐步可逆转化,并形成 Cu3Se2 和 Cu1.8Se 的中间相。
▲如图 2a 倍率性能所示,与 1 A g−1 的值相比,20 A g−1 时可以保持 82.8% 的容量,表明其具有优异的倍率性能。重要地,在 20 A g−1 的高电流密度下,在 30,000 次连续循环中也可以实现 90% 的保留 研究结论 文献信息 相关论文信息 论文原文在线发表于Carbon Energy,点击“阅读原文”查看论文 论文标题: Conversion electrochemistry of copper selenides for robust and energetic aqueous batteries 论文网址: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.261 DOI:10.1002/cey2.261 往期推荐 1.韩国国立济州大学Sang-Jae Kim Carbon Energy:压电驱动自充电电化学超级电容器的最新趋势、挑战和前景 2.韩国高丽大学Young Soo Yun Carbon Energy:锌金属阳极碳基电极材料中抑制水分解副反应的关键因素 3.浙江大学凌敏&周少东&梁成都Carbon Energy:氧配位低核原子簇催化剂促进电催化水氧化
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GMT+8, 2024-9-4 11:27
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