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孫學(xué)良院士團(tuán)隊(duì),又發(fā)JACS!
來源: 時(shí)間:2024-05-27 09:39:01 瀏覽:1113次

第一作者:Yu Pengcheng

通訊作者:韓松柏教授、鄒如強(qiáng)教授、夏威教授、孫學(xué)良院士

通訊單位:寧波東方理工大學(xué)、北京大學(xué)、南方科技大學(xué)

DOI: 10.1021/jacs.4c02170.



研究背景




鋰離子電池(LIBs)作為主流儲(chǔ)能技術(shù)之一,在安全性與能量密度方面遭遇瓶頸,而固態(tài)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(tài)電池的發(fā)展受限于缺乏高性能的鋰離子固態(tài)電解質(zhì),其需同時(shí)具有高離子電導(dǎo)率和與鋰金屬負(fù)極的兼容性。然而,大多數(shù)超離子導(dǎo)體與鋰金屬負(fù)極不兼容,由于易被鋰金屬還原的高價(jià)陽離子,導(dǎo)致界面層生長、界面電阻增加和電池故障。目前的改進(jìn)策略往往犧牲了離子傳導(dǎo)率或需要復(fù)雜的工程技術(shù)?;诖?,孫學(xué)良院士團(tuán)隊(duì)針對(duì)高價(jià)陽離子作為固態(tài)電解質(zhì)對(duì)鋰不穩(wěn)定的根源,提出了一種創(chuàng)新性的反結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略,即從固態(tài)電解質(zhì)的化學(xué)成分中徹底消除非鋰陽離子,以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰金屬的內(nèi)在熱力學(xué)穩(wěn)定性,從而有望突破現(xiàn)有瓶頸,推動(dòng)鋰金屬固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展。



文章要點(diǎn)




1、作者創(chuàng)新地提出了一種具有內(nèi)在熱力學(xué)穩(wěn)定性的富鋰超離子導(dǎo)體,其采用特殊的反螢石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并引入新的間隙鋰位點(diǎn),顯著提高了Li+的電導(dǎo)率,從而優(yōu)化了Li+遷移路徑,展示了其在可逆Li-Li對(duì)稱電池和具有Li金屬負(fù)極和LiCoO2正極的全電池中的潛力,為高密度固態(tài)鋰金屬電池提供了新可能性。

2、作者還提出了對(duì)反螢石固體電解質(zhì)未來工作的研究方向,包括Li+遷移的顯式性質(zhì)、陰離子無序和熵驅(qū)動(dòng)Li+擴(kuò)散的機(jī)制,以及電化學(xué)反應(yīng)與全固態(tài)電池中高面積負(fù)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(tài)電池的發(fā)展開辟新的道路,推動(dòng)固態(tài)電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。



圖文展示




圖1. 反結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)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(jié)果的聯(lián)合細(xì)化

圖4.擴(kuò)散系數(shù)的阿倫尼烏斯圖、鋰遷移勢壘及范霍夫關(guān)聯(lián)函數(shù)

圖5.電池的耐久性,循環(huán)使用性與充/放電結(jié)果測試

圖6.采用Li2.5N0.5S0.5固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰金屬電池的電化學(xué)性能

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