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Wiley电池领域最新进展 | 压延-兼容的大孔结构、石墨烯骨架、可拉伸锂聚合物电池、全固态电池、巢状多孔双金属Cu

已有 615 次阅读 2020-9-23 10:35 |个人分类:热点研究|系统分类:论文交流| Wiley, 威立, 电池, 最新进展, 集锦

1.压延-兼容的大孔结构实现高能量密度


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基于纳米工程的多孔策略成功地缓解了与合金负极体积膨胀有关的若干问题。然而,由于压延不相容性、低质量载量和过度使用非活性材料等局限性,多孔合金负极的实际应用仍然存在一定挑战。与常规石墨负极相比,所有这些局限性都将导致较低的体积能量密度。特别地,在压延过程中,合金-基复合材料中的多孔结构在高压下很容易坍塌,从而削弱了多孔特征。在此,韩国蔚山国立科学技术研究院(UNIST) Jaephil Cho课题组提出了一种适用于硅-石墨负极的压延-兼容大孔结构,以最大化体积能量密度。负极由最外层的弹性碳覆盖层、非填充多孔结构和石墨核所组成。由于弹性碳涂覆层的润滑性质,被脆性Si纳米层涂覆的大孔结构可以承受高压,并在电极压延过程中保持其多孔结构。并且,还使用了机械搅拌和化学气相沉积的规模化制备方法。所制备的复合材料表现出出色的电化学稳定性(> 3.6 mAh cm-2),且迁移了电极膨胀。此外,全电池评估表明,与先前的研究相比,该复合材料在稳定的循环下实现了更高的能量密度(932 Wh L-1)和更高的比能量(333 Wh kg-1)。


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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202003286 


2.石墨烯骨架实现高性能Li-O2电池

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Li-O2电池由于其极高的能量密度和容易获得的氧气而成为最吸引人的能源存储形式之一。然而,在最终使这项技术造福人类生活之前,负极和正极方面都面临着巨大的挑战。在此,苏州大学刘忠范/Zhao Deng/彭扬团队采用一石二鸟策略制造了高性能且具有柔性的Li-O2电池,其仅使用一个由嵌入中空NiCo2O4微球的氧化石墨烯气凝胶所组成的结构骨架构成。通过注入锂制成的复合锂负极表现出3398.4 mAh g-1的超高容量,并显着抑制了枝晶生长和体积膨胀,而自支撑式氧正极则通过催化可逆Li2O2的形成来提高能源效率,从而提升容量。当将它们结合在一起后,所得的Li-O2电池具有出色的长期循环稳定性,可进行400多次的高度可逆放电/充电循环。此外,柔性软包电池也具有出色的机械抗变形能力。此外,通过采用非原位和操作光谱分析,对Li-O2优异性能的内在原因进行了进一步分析。


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原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202007218 


3.高电化学性能的可拉伸锂聚合物电池

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可拉伸锂电池作为可穿戴设备、传感器和人体-附着医疗设备等未来电子设备中的组件已引起了广泛关注。然而,在可拉伸电池获得优异的电化学性能方面,仍然存在一些挑战。在此,韩国忠北国立大学Jung Sang Cho/ Sang Mun Jeong团队韩国清州大学Jae‐Kwang Kim课题组合作,使用1D纳米纤维活性材料、可拉伸凝胶聚合物电解质和皱纹结构的电极,设计了一种独特的可拉伸锂全电池。SnO2/C纳米纤维负极和LiFePO4/C纳米纤维正极中的介孔和微孔有利于锂离子扩散和电解质渗透。可拉伸的全电池由弹性聚二甲基硅氧烷(PDMS)包覆膜、具有皱纹结构的SnO2/C和LiFePO4/C纳米纤维电极,以及通过粘性聚合物固定在PDMS包覆膜表面的凝胶聚合物电解质组成。即使拉力为30%,可拉伸全电池的比容量仍保持在128.3 mAh g-1(容量保持率为92%),而拉力前仅为136.8 mAh g-1。能量密度在释放状态下为458.8 Wh kg-1,在拉伸状态下为423.4 Wh kg-1(基于电极)。在拉伸状态下的高容量和稳定性证明了可拉伸电池克服其局限性的潜力。

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原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202001358 


4.数字孪生-驱动全固态电池

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数字孪生技术已广泛用于通过虚拟副本有效地预测与实际对象相关的性能和问题。但是,由于需要对大量的多维复数方程进行计算,因此,至今尚未实现孪生电化学系统的数字化。然而,随着硬件和软件技术的不断发展,数字孪生-驱动电化学系统的制造及其有效利用已成为可能。在此,韩国大邱庆北科学技术院(DGIST)Yong Min Lee课题组韩国延世大学Yoon Seok Jung课题组合作,构建了具有固态硫化物电解质的数字孪生-驱动全固态电池。对于使用Li6PS5Cl的LiNi0.70Co0.15Mn0.15O2复合电极,使用有效的电子/离子电导率和电化学性能等实验数据验证了其有效性。通过分析关于传质和界面电化学反应动力学方面的模拟物理和电化学行为,可以检验全固态电池的基本性能。本文的数字孪生模型揭示了有价值的但实验上无法获得的时间和空间分辨信息,包括死粒子、比接触面积和3D域中的电荷分布。因此,这种新的计算模型势必通过节省研究资源并提供宝贵的见识,来迅速改善全固态电池技术。

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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202001563 


5.巢状多孔双金属Cu实现稳定Li负极性能

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抑制枝晶形成和控制锂(Li)金属负极的体积变化已成为锂电池界的全球性挑战。在此,清华大学深圳国际研究生院李宝华/Xianying Qin团队香港理工大学陈国华课题组合作,报道了一种其具有类似巢状网络和致密衬底的双面铜(Cu)箔,以实现超稳定的锂金属负极性能。通过硫化厚的Cu箔,并随后进行骨架自-焊接程序,制造了双相Cu。通过3D互连结构和自-焊接Cu骨架的亲硫表面,实现了均匀的Li沉积。多孔层中的足够空间可实现较大的Li面积容量,并显着改善电极-电解质界面。仿真结果显示该结构允许适当的电场穿透到连接的隧道中。所组装好的锂负极在1 mA cm-2的电流密度下表现出高的库仑效率(在300次循环中为97.3%)和长的寿命(> 880小时)。甚至,在10 mAh cm-2的高容量下,稳定和深度的循环可最多维持50次。


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原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202001784 




(本期作者:毛毛的维)




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