全固态电池被认为是锂离子电池最有前途的竞争对手之一。固体电解质的两个广为人知的性能指标是离子电导率和稳定性。本文发现,通过硫化物基固体电解质中氯取代的协同效应,可以改善这两者。具体来说,通过增加对机械收缩引起的电压稳定性增强的敏感性,氯取代的硫化物固体电解质可以更好地抑制由本体分解和电极界面反应引起的不稳定性。因此,一些富氯锂银锑矿的稳定窗口可以系统地高于一些其他缺氯或无氯电解质,尤其是在实施机械收缩电池组装和测试条件下。因此,使用这些富含氯的锂银锗矿,无需额外涂层,就可展示 4 V 至 5 V 级正极与锂金属负极配对的固态电池系统。此外,由于氯组分会调节低电压下锂银锗矿的稳定性和不稳定性,因此我们可以设计具有不同锂金属稳定性层次的多层配置,以展示固态电池在相对高电流密度下的稳定循环。研究发现,电解质中适中的氯组分最能抑制作为中心电解质层的锂枝晶渗透,除了两个众所周知的稳定性和离子电导率指标外,还强调了略微增加的“不稳定性”是这里相关的隐藏性能指标。了解硫化物电解质中的氯取代效应为全固态电池提供了重要的设计原则。
结果和讨论在溶解能力方面进行了比较,包括乙酸乙酯,丙酮,己烷,甲苯,乙醇和三氯甲烷的不同稀释溶剂。只有用乙酸乙酯才能接受靶酯化合物的溶解作用,该乙酸乙酯被选为本研究的稀释溶剂。五个水平的浓度(4、10、20、50和100 mg/L),用于验证线性响应,检测极限(LOD),定量极限(LOQ)和面积计数可重复性(RSD%)。图1.
全稳态锂离子电池(LIB)吸引了潜在安全的存储系统。1-7此外,近年来,已经对3D打印技术进行了调整以使Libs的制造,从而允许方便地生产柔性设计,例如微型3D形状。原则上,使用简单的打印系统可以将这种微电池直接集成到包含各种电子设备的基板上。最近,已经提供了用于Lib的阴极和阳极的3D可打印墨水。8-13在此工作,Lewis等。 意识到,使用3D可打印电极制造的锂离子微生物具有正确调整的流变学和电化学特性。 8 Kohlmeyer等。 开发了阴极的Lifepo 4和LiCoo 2(LCO)墨水,阳极的Li 4 Ti 5 O 12(LTO)油墨。 11这些墨水由通常用于电极制备的材料组成:活性材料,碳纳米纤维,聚(乙烯基氟化物)(PVDF)(PVDF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。 可打印的电解质墨水对于打印完整的电池也很重要,并且一些研究小组报告了可打印电解质,如表S1所述。 14-18 Cheng等。 使用高温直接ink写作技术开发了3D打印的混合固态电解质。 15电解质墨水由溶解在n-丙基-N-甲基吡咯烷的N-丙基N-甲基 - n-甲基 - 甲基二硫酸锂(li -tfsi)组成8-13在此工作,Lewis等。意识到,使用3D可打印电极制造的锂离子微生物具有正确调整的流变学和电化学特性。8 Kohlmeyer等。 开发了阴极的Lifepo 4和LiCoo 2(LCO)墨水,阳极的Li 4 Ti 5 O 12(LTO)油墨。 11这些墨水由通常用于电极制备的材料组成:活性材料,碳纳米纤维,聚(乙烯基氟化物)(PVDF)(PVDF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。 可打印的电解质墨水对于打印完整的电池也很重要,并且一些研究小组报告了可打印电解质,如表S1所述。 14-18 Cheng等。 使用高温直接ink写作技术开发了3D打印的混合固态电解质。 15电解质墨水由溶解在n-丙基-N-甲基吡咯烷的N-丙基N-甲基 - n-甲基 - 甲基二硫酸锂(li -tfsi)组成8 Kohlmeyer等。开发了阴极的Lifepo 4和LiCoo 2(LCO)墨水,阳极的Li 4 Ti 5 O 12(LTO)油墨。11这些墨水由通常用于电极制备的材料组成:活性材料,碳纳米纤维,聚(乙烯基氟化物)(PVDF)(PVDF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。可打印的电解质墨水对于打印完整的电池也很重要,并且一些研究小组报告了可打印电解质,如表S1所述。14-18 Cheng等。 使用高温直接ink写作技术开发了3D打印的混合固态电解质。 15电解质墨水由溶解在n-丙基-N-甲基吡咯烷的N-丙基N-甲基 - n-甲基 - 甲基二硫酸锂(li -tfsi)组成14-18 Cheng等。使用高温直接ink写作技术开发了3D打印的混合固态电解质。15电解质墨水由溶解在n-丙基-N-甲基吡咯烷
作者的完整列表:Rafie,Ayda; Drexel大学,化学与生物学工程Pai,Rahul; Drexel大学工程学院,化学与生物工程学院Kalra,Vibha; Drexel大学,化学和生物学工程
硬碳(HC)是网格级钠离子电池(NIB)的有吸引力的阳极材料,这是由于碳的广泛可用性,其高特定能力和低电化学工作潜力。然而,需要解决第一周期库仑的效率和较差的HC的问题,以使其成为NIB的实用长期解决方案。这些缺点似乎是电解质依赖性的,因为与碳酸盐电解质相比,基于醚的电解质可以在很大程度上改善性能。对这些性能差异背后机制的解释对于高度可逆的钠储存的合理设计至关重要。结合气相色谱,拉曼光谱,低温传递电子显微镜和X射线光电子光谱,这项工作表明,固体电解质中相(SEI)是基于乙醚和碳酸电解质之间的关键不同,这确定了电荷转移Kinetics和parasitic反应的范围。尽管两个电解质都没有在HC散装结构中储存的残留钠,但基于醚的电解液形成的均匀和共形SEI可以提高循环的效率和速率性能。这些发现突出显示了通过界面工程使用HC阳极实现长寿命级笔尖的途径。
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摘要:高能量容量的锂硫电池是先进储能领域的有希望的候选材料。然而,它们的应用受到可溶性多硫化物的穿梭和缓慢的转化动力学的阻碍,倍率性能差,循环寿命短。在此,单原子材料被设计用来加速锂硫电池的多硫化物转化。结构中的氮位点不仅可以锚定多硫化物以减轻穿梭效应,而且还可以实现单原子铁的高负载。密度泛函理论计算表明,单原子位点降低了电化学反应的能垒,从而提高了电池的倍率和循环性能。纽扣电池表现出令人印象深刻的能量存储性能,包括0.1 C 时1379 mAh g −1 的高可逆容量和5 C 时704 mAh g −1 的高倍率容量。电解质剂量/能量密度之比低至5.5 g Ah 1 −。它表现出优异的循环性能,即使在 0.2 C 下循环 200 次后容量保持率仍可达 90%。关键词:单原子材料、锂硫电池、快速多硫化物动力学、贫电解质、长循环寿命
锂离子电池对社会产生了巨大影响,最近获得了诺贝尔化学奖 1、2。经过几十年的商业化,锂离子电池正迅速接近其能量密度的理论极限,从而推动了锂金属化学的复兴 3-6。然而,锂金属电池的推广应用受到其循环寿命较短的困扰 4、5。锂金属和电解质之间无法控制的副反应形成化学不稳定、机械易碎的固体电解质界面相 (SEI)。SEI 在循环过程中容易破裂,导致树枝状生长、“死锂”形成和不可逆的锂库存损失 4。电解质工程可以调整 SEI 结构和化学性质,使其成为实现锂金属负极的关键且实用的方法 7、8。对于一种有前景的电解质,必须同时满足几个关键要求 9 – 11 :(1)始终如一的高库仑效率(CE)以最大限度地减少锂的损失,包括在初始循环中,(2)在贫电解质和有限过量锂条件下的功能性以实现最大比能量,(3)对高压正极的氧化稳定性,(4)合理的低盐浓度以实现成本效益和(5)高沸点和不可燃性以确保安全性和可加工性。电解质工程方面的最新研究提高了锂金属电池的循环性,包括盐添加剂优化 12 、溶剂比例修改 13 、 14 和液化气电解质 15 。特别是,高浓度电解质 16、17 和局部高浓度电解质 11、18 – 22 被认为是最有效的方法。高浓度电解质成功减少了 Li + 溶剂化结构中的游离溶剂分子,从而形成了以无机为主的 SEI 和更好的锂循环性能。整个系列
迫切需要高性能可充电电池来满足电网规模固定式储能的需求。高温电池系统,例如 Na-S 电池、Na-NiCl2 电池(ZEBRA 电池)和液态金属电极 (LME) 电池,表现出高功率密度和高循环稳定性等优点,但也受到高工作温度的影响。我们最近发明了熔融锂金属电池的新概念,它由液态锂阳极、合金(Sn、Bi、Pb)液态阴极和锂离子导体作为固体电解质组成。这里我们展示了一种在相对较低的 210 C 温度下工作的熔融金属氯化物电池。该电池设计包括熔融(AlCl3-LiCl)阴极、固体电解质(石榴石型 Li6.4La3Ta0.6Zr1.4O12(LLZTO)陶瓷管)和熔融锂阳极。组装的 AlCl3-LiCl||LLZTO||Li 全电池的平均放电电压为 1.55 V,能量效率为 83%,已成功循环 100 次(800 小时),容量没有衰减。电池的理论比能为 350 Wh/kg,根据电极材料的重量估计成本为 11.6 美元/千瓦时。考虑到高性能、高安全性、低工作温度和原材料成本低,我们的新型熔融电极电池系统为固定式储能开辟了新的机会。