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物理所正在聚合物固态钠电池研究中取得进展
时间:2019-08-20 02:46 来源:优发国际线,优发国际开户注册 点击:

  优发 正在成长固态电池的手艺线中,聚合物电解质因为具有优良的柔韧性,有益于正在电极取电解质之间构成优良的界面接触,可以或许承受电极材料正在充放电过程中的体积形变,且质量轻、易于加工,适合大规模出产,遭到学术界研究人员的普遍关心。聚合物固体电解质(SPE)保守制备工艺流程凡是是溶液消融浇建-天然风干成膜-实空高温烘干去溶剂。然而因为实空高温烘干为纯真物理方式很难将SPE膜中的溶剂100%去除(图1a),残留的液体味导致电池正在随后的过程中发生溶剂分化以及正在界面处取电极发生副反映,从而导致界面增大、极化增大、寿命和库伦效率低等一系列问题。

  中国科学院物理研究所/凝结态物理国度研究核心洁净能源尝试室E01组博士露和戚兴国,正在研究员胡怯胜和副研究员索鎏敏的指点下,提出一种通过化学反映原位去除SPE中溶剂的方式。该方式环节正在于通过调控拔取合适溶剂、盐以及添加剂组合,正在溶剂去除过程中巧妙设想盐-溶剂-添加剂两步化学反映过程,实现将残留的溶剂最终为一种不变添加剂概况包覆层(图1b),进而达到完全去除溶剂的目标。采用去离子水和NaFSI别离做为溶剂和盐,聚合物选择可溶于水的PEO。NaFSI布局上的S-F键不不变,遇水会发生微弱的水解发生HF,进一步添加纳米Al2O3颗粒将两头产品为AlF3·xH2O(图1,图2)。采用该工艺制备的SPE无效地降低了固态电池界面副反映,极大地提拔了电池的库伦效率、不变性和倍率机能。

  采用磷酸钒钠(NVP)和金属钠(Na)别离做为正极和负极拆卸固态电池NVPSPENa,NVPFSI-Al2O3-AQNa固态电池首周可逆比容量为110mAh/g,库伦效率为93.8%,达到了采用液体电解质时的程度。NVPFSI-Al2O3-AQNa固态电池正在1C倍率下2000周的过程中,库伦效率一直连结正在~100%,2000周当前容量连结率为92.8%,平均每量衰减率仅为0.0036%。对金属钠的对称电池正在100 μA/cm2的电流密度下可不变800h(图3b)。电池过程中电化学谱也连结相对不变。采用该研究工做中所设想的SPE拆卸的固态钠电池的不变性是目前所报道的不变性最好的聚合物固态钠电池(图3)。

  该工做盐的吸水性和盐本身的性质,实现了原位化学反映去除SPE中溶剂(水),而且SPE的整个制备过程正在空气中进行,无需湿度或氛围。同时,水做为溶剂实现了绿色、无污染、低成本的SPE制备过程。该工做对于成长固态锂/钠电池华夏位反映界面、报酬调控界面具有主要的自创意义。该研究近日颁发正在ACS Energy Letters上(ACS Energy Letters,2019,4, 1650-1657),文章题为In Situ Formation of a Stable Intece in Solid-State Batteries。相关工做获得国度沉点研发打算(2016YFB0901500)和国度天然科学基金(51725206, 51421002和51822211)的支撑。

  图1.(a-b)SPE制备过程示:a)保守过程;b)所设想的过程;(c)NaFSI和NaTFSI的化学布局

  图3.(a)NVPFSI-Al2O3-AQNa的长机能及其过程中的变化;(b)NaFSI-Al2O3-AQNa的机能及其过程中的变化;(c)聚合物固态钠电池的平均容量衰减率总结


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