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[转载]南京林业大学付宇教授团队Carbon Energy:晶格匹配和空间限域策略诱导均匀Mg沉积

已有 251 次阅读 2024-4-2 17:03 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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Carbon Energy

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研 究 背 景

为了突破锂资源紧缺给锂离子电池发展带来的阻碍,研究者开始寻找并构建其他体系的二次电池。镁在自然界中含量丰富,其在地壳中的含量是锂的1100倍,大大降低了生产成本。镁金属作为电池负极可以提供较高的体积比容量(3833 mAh cm−3)和质量比容量(2205 mAh g–1)。因此,金属镁可作为镁离子电池负极,构建安全性高、寿命长并且价格低廉的二次电池体系。但是,由于Mg2+离子自身带有两个单位正电荷,导致电荷密度较高,Mg2+离子与主体材料间库伦作用较大,使得Mg2+离子在晶格间隙中扩散困难,致使材料的电化学利用率和倍率性能较差。镁锂双离子电池通过集成镁离子电池和锂离子电池的优势,在可再生能源存储系统中具有较大优势。然而,在实际条件下,不均匀的镁沉积依然存在,并大大缩短了电池的循环寿命。

成 果 介 绍

南京林业大学付宇教授针对上述问题,基于亲镁界面和空间限域的协同策略,设计了MOF@PPy@CC三维亲镁主体,实现了Mg的均匀沉积和镁锂双离子电池稳定的循环性能。该成果以“Reshaping Li-Mg Hybrid Batteries: Epitaxial Electrodeposition and Spatial Confinement on MgMOF Substrates via Lattice-Matching Strategy”为题发表在Carbon Energy 上。

研 究 亮 点

1. 该工作在碳布上生长了具有均匀阵列结构的MOF@PPy@CC 3D亲镁主体;该结构具有高孔隙度、丰富的活性位点、快速电荷传输、优异的结构稳定性和周期性静电势场,可以精准地捕获Mg0,诱导镁均匀沉积。 

2. 通过DFT计算进一步揭示了MOF@PPy@CC在诱导镁均匀沉积过程中的重要作用。

3. 以MgMOF@PPy@CC电极组装的全电池循环10000次后,容量保持率可达到96.23%。

图 文 解 析

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图1. 镁沉积过程示意图。(A)镁沉积在裸露的碳布上。镁离子容易集中在凸起处,进而导致镁枝晶的产生。(B) 镁沉积在MgMOF@PPy@CC基体上。MgMOF具有亲镁性质和晶格匹配特性,诱导镁均匀沉积。

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图2. (A,B,C)MgMOF和(D,E,F)石墨的静电势图分布、示意图和晶格参数。(G)MgMOF和(H)石墨的吸附能和电荷密度分布。

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图3. (A)MgMOF@PPy@CC的制备流程。(B、C、D)SEM图像。(E)MgMOF@PPy@CC的EDS图。(F)XRD图谱。(G)MgMOF@PPy@CC的红外谱图。(H、I、G) XPS谱图。

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图4. COMSOL模拟形态演变、离子浓度和局部电流密度分布:(A,B,C)CC电极,(D,E,F)MgMOF@PPy@CC电极。

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图5. (A)电池循环性能。(B)文献循环性能对比。(C,D)镁沉积在镁箔及MgMOF@PPy@CC电极上的作用示意图。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy,点击“阅读原文”查看论文。

论文标题:

Reshaping Li–Mg hybrid batteries: Epitaxial electrodeposition and spatial confinement on MgMOF substrates via the lattice-matching strategy

文章研究方向:

电池— —有机系电池

论文网址:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.520

DOI: 10.1002/cey2.520

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关于Carbon Energy

Carbon Energy(《碳能源(英文)》)由温州大学和Wiley携手创办,聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域,旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具,立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。

Carbon Energy 2019年创刊,同年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”,连续两年获“中国最具国际影响力学术期刊”称号,连续三年入选科技期刊世界影响力指数(WJCI)报告,2022和2023年入选中科院材料科学一区TOP 期刊,相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD等收录,2023年获得第二个影响因子20.5。

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The Carbon Energy

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第6卷第1期



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