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孫學良院士團隊,又發JACS!
來源: 時間:2024-05-27 09:39:01 瀏覽:2341次

第一作者:Yu Pengcheng

通訊作者:韓松柏教授、鄒如強教授、夏威教授、孫學良院士

通訊單位:寧波東方理工大學、北京大學、南方科技大學

DOI: 10.1021/jacs.4c02170.



研究背景




鋰離子電池(LIBs)作為主流儲能技術之一,在安全性與能量密度方面遭遇瓶頸,而固態電池具有卓越的安全性和廣泛的工作溫度范圍成為潛在解決方案,但鋰金屬固態電池的發展受限于缺乏高性能的鋰離子固態電解質,其需同時具有高離子電導率和與鋰金屬負極的兼容性。然而,大多數超離子導體與鋰金屬負極不兼容,由于易被鋰金屬還原的高價陽離子,導致界面層生長、界面電阻增加和電池故障。目前的改進策略往往犧牲了離子傳導率或需要復雜的工程技術。基于此,孫學良院士團隊針對高價陽離子作為固態電解質對鋰不穩定的根源,提出了一種創新性的反結構設計策略,即從固態電解質的化學成分中徹底消除非鋰陽離子,以實現對鋰金屬的內在熱力學穩定性,從而有望突破現有瓶頸,推動鋰金屬固態電池技術的發展。



文章要點




1、作者創新地提出了一種具有內在熱力學穩定性的富鋰超離子導體,其采用特殊的反螢石結構設計,并引入新的間隙鋰位點,顯著提高了Li+的電導率,從而優化了Li+遷移路徑,展示了其在可逆Li-Li對稱電池和具有Li金屬負極和LiCoO2正極的全電池中的潛力,為高密度固態鋰金屬電池提供了新可能性。

2、作者還提出了對反螢石固體電解質未來工作的研究方向,包括Li+遷移的顯式性質、陰離子無序和熵驅動Li+擴散的機制,以及電化學反應與全固態電池中高面積負載和快速充電的兼容性等。本研究方向的深入探索有望為高性能鋰金屬全固態電池的發展開辟新的道路,推動固態電池技術的進一步發展。



圖文展示




圖1. 反結構材料的設計原理

圖2. Li-N-S體系的性能表征

圖3.同步加速器XRD和中子衍射結果的聯合細化

圖4.擴散系數的阿倫尼烏斯圖、鋰遷移勢壘及范霍夫關聯函數

圖5.電池的耐久性,循環使用性與充/放電結果測試

圖6.采用Li2.5N0.5S0.5固體電解質的全固態鋰金屬電池的電化學性能

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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