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Green Energy & Environment|离子液体/低共熔溶剂:服务绿色安全新能源的电解质

已有 811 次阅读 2023-9-27 16:08 |个人分类:Green Energy & Environment|系统分类:论文交流

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背景介绍

离子液体(ILs)和低共熔溶剂(DESs)通常被认为是锂离子电池(lithium-ion batteries)、锂金属电池(lithium-metal batteries,如锂硫、锂氧或锂空气电池)和后锂离子电池(post-lithium-ion batteries,如钠离⼦、钾离⼦、镁离⼦、铝离⼦、锌离⼦和钙离⼦电池)中的绿色电解质。但部分ILs/DESs电解质易电分解,不仅会增加成本,还可能会释放出易燃、易爆、易挥发、有腐蚀性、有害的副产物,不利于回收和绿色可持续发展。因而,具有高电化学稳定性是ILs/DESs作为绿色、安全、可持续能源的前提之一(图1)。基于此,廊坊师范学院陈钰副教授和中国人民大学牟天成教授共同在Green Energy & Environment期刊发表了题为“Reviewing electrochemical stability of ionic liquids-/deep eutectic solvents-based electrolytes in lithium-ion, lithium-metal and post-lithium-ion batteries for green and safe energy”的综述,对基于ILs/DESs电解质在锂离子、锂金属和后锂离子电池中的电化学稳定性进行了分析总结,并提出了展望与解决策略,以早日实现新能源的绿色、安全和可持续发展。

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图1.基于ILs/DESs电解质电池的稳定性总结,电化学稳定性对电池尤为重要。

全文速览

近年来锂离⼦、锂⾦属和后锂离⼦电池的应⽤日益⼴泛,作为电池中绿色电解质的 ILs/DESs在这些领域的前景⼴阔。但有的ILs/DESs易电化学分解,而其分解产物可能易燃、易爆、易挥发、有害且具有腐蚀性。因此,ILs/DESs在电池中的电化学稳定性至关重要,同时ILs/DESs的电化学稳定性还可以为其在二氧化碳电催化转化、超级电容器、氧化还原反应、析氧反应、析氢反应、电化学沉积、电化学分离和生物质电转化中的应用提供指导。

在非电池体系中,ILs/DESs的电化学稳定性仅是模拟稳定性,而非真实评估。在电池体系中,ILs/DESs通常与盐、聚合物或有机物混合,电池电极也具有特异性,因此会导致ILs/DESs在电池和非电池中存在不同的电化学稳定性。

基于此,本综述首先阐述在模拟条件下结构因素和非结构因素对ILs/DESs电化学稳定性的影响。电化学稳定性通常通过电化学窗⼝(EW)来评估,ILs/DES的EW数值越高,则其电化学稳定性越强。文章中探究的结构因素包括:阳离⼦、烷基链⻓度、C2甲基化、官能团、取代基位置、阴离⼦;非结构因素包括:⼯作电极、参⽐电极、电导率、粘度、熔点、截⽌电流密度、扫描速率、温度、⽔、氧⽓、其他化合物、pH、超声波。在非电池体系中,基于ILs/DESs电解质的电化学稳定性通常容易被⾼估,因此文章总结并比较了基于ILs/DESs的电解质在实际锂离子、锂金属和后锂离子电池中的电化学稳定性。

为将基于ILs/DESs的电解质更好地应用于锂离子、锂金属和后锂离子电池中,实现电池的绿色化和可持续发展,文章最后提出了在锂离子、锂金属和后锂离子电池中提高基于ILs/DESs电解质电化学稳定性的八大策略(图2)。

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图2. 增强基于ILs/DESs电解质电化学稳定性的策略。


总结与展望

基于ILs/DESs的电解质有望在未来的电池中得到应用,但仍需要开发具有高电化学稳定性的新型ILs/DESs电解质。为提高基于ILs/DESs电解质的电化学稳定性,将其更好的应用于锂离子、锂金属电池和后锂离子电池中,以实现电池的绿色、安全、可持续发展,文章提出了八大策略:1、选择电化学稳定性高的原料;2、综合考虑所有结构因素;3、认真对待非结构性因素;4、区分不同种类的稳定性;5、运用好电化学稳定性与其他物理性质之间的关系;6、增强分子间相互作用;7、确保评价的标准和条件保持一致;8、应用计算机辅助方法预测和设计。


原文信息

本文以“Reviewing electrochemical stability of ionic liquids-/deep eutectic solvents-based electrolytes in lithium-ion, lithium-metal and post-lithium-ion batteries for green and safe energy”为题,发表在Green Energy & Environment期刊,通讯作者为廊坊师范学院陈钰副教授和中国人民大学牟天成教授。

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https://doi.org/10.1016/j.gee.2023.05.002

撰稿:原文作者

编辑:GEE编辑部


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