有机生物电子学是有机电子学领域中一个新兴的跨学科分支。从广义上讲,它可以定义为在生物系统中使用有机电子器件 [1] 来监测甚至刺激生物体的活动。[2] 有机材料似乎特别适合开发电子和生物之间的界面,因为它们具有独特的机械性能以及除了电子和空穴之外还传导离子的能力。[2,3] 除了成本和性能方面的其他最佳特性外,理想的有机生物电子器件还应满足进一步的要求,例如在灵活性/适应性和在液体环境中工作的可能性方面。[2,4] 这些要求对于那些需要在潮湿、高度非平面表面上操作有机器件的应用尤其重要,例如在可穿戴皮肤化学传感器 [5] 或可植入生物电子学领域。[6]
高熵概念在材料和科学研究界是众所周知的发现亚稳态新材料的有效策略。例如,结构有序但多种元素组成无序的高熵合金可以实现前所未有的物理和机械性能。在材料科学领域,熵控制设计概念带来了无数发现,极大地影响了结构材料、热电和催化剂的发展。在过去十年中,高熵的理念对电池的发展产生了相当大的影响,包括电极和电解质[1]。传统的碳酸盐基电解质由于操作范围狭窄,成为先进电池的瓶颈。
我要感谢我的大学有机会与IBM研究合作。我想对IBM,尤其是电池组表示感谢,以欢迎我并提供他们的支持。特别感谢Max Giammona和Vidushi Sharma在协助我方面的友善和专业知识。我感谢Murtaza Zohair的坚定可用性,并以友好的举止有助于我的理解。Andy T. Tek,电池实验室的超级英雄,Andy T. Tek,电池实验室的超级英雄,
图2:QM区域中的单电子还原电位的变化,a)金原子,b)水分子和c)有机分子(核碱基 +接头)的变化。每个颜色线表示从MD轨迹获得的单个快照。面板b)还显示了当使用Cosmo隐式模型用作溶剂时,还显示了减少电势的值。d)与完整的QM/mm计算相比,添加剂方案的验证(请参阅文本)。
锂离子电池(LIB)中的电解质在充电和放电生命周期中起着重要作用。锂盐,有机溶剂和添加剂是Lib电解质的典型成分。在本应用注释中,使用互补仪器进行了三种未知电解质溶液的组成分析。敏捷的气相色谱/三倍四极质量质谱法(GC/TQ),液相色谱/Quadrupole飞行时间质谱(LC/Q-TOF/MS)以及电感性等离子体质谱法(ICP-MS)仪器用于培养的电解质分解器。使用GC/MS的拆分模式注射在电解质样品中显示高度丰富的挥发性成分,而无分流模式检测到其他27个痕量级别的挥发性组件。LC/Q-TOF数据通过提供三个电解质样品中各种有机成分的信息来补充研究。Agilent ICP-MS不仅为目标元素提供了定量结果,而且还通过使用QuickScan函数在未知样本中对“全元素”的半定量报告提供了宝贵的见解。各种平台的结果证实了进行多学科分析的好处,该分析允许用户以整体方法进行电解质分析。
神经刺激是一个快速增长的市场,在2027年的年增长率为8.5%,预计全球市场销量为410亿美元,[1],全球医疗技术公司以及试图商业化技术的初创企业。[2,3]要在植入医学中推动这场革命,需要新的功率来源,这可以为植入物提供安全,稳定的能量,同时使这些设备的微型化到空前的规模,以最大程度地减少植入物对患者的影响。植入物设备的功率需求通常位于100 nW至1 MW的范围内[4-6],并且能量和功率密度增加的功率源超出了当前功能,可以使感应,电子刺激或药物输送的新功能非常不可能。迄今为止,可植入的设备由诸如Li – I 2 Pacemaker电池[7,8]等电池提供动力,其电量和重量的能量密度分别为≈1000WH-1和≈270WH kg-1,[9],或通过无线能量传输,例如RF传输[10,1111]或Ulteras-Asound。[12]由于其性质,电池不能在不牺牲大量的能量存储能力的情况下轻松地微型化,[13],并且由于使用天线区域通过感应尺度传输的功率,无线能量传递的微型化电位也受到限制。此外,Li – I 2起搏器电池是不可充电的电池,这意味着
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
摘要:将聚合物材料与自我修复特征的集成到高级锂电池中是一种有希望且有吸引力的方法来减轻降解,从而提高了电池的性能和可靠性。聚合物材料具有自主修复后的能力,在损坏后可以补偿电解质的机械破裂,防止电极的开裂和粉碎或稳定固体电解质界面(SEI)(SEI),从而延长电池的循环寿命,同时解决五个财务和安全问题。本文全面回顾了各种自我修复聚合物材料,用于应用于锂离子(LIBS)和锂金属电池(LMBS)的电极的电解质和自适应涂层。我们讨论了锂电池开发自我修复聚合物材料的机遇和当前挑战,这些材料的合成,表征和基本的自我修复机制以及性能,验证和优化。
摘要。在全球对能源存储需求的持续增长的背景下,由于其出色的性能,电化学能源存储系统在许多储能技术中脱颖而出。目前,电池是电化学能源存储中最主流形式之一,例如燃料电池,锂离子电池和固态电池,已被广泛使用。尤其是,由于锂离子电池中存在的安全危害已逐渐被识别,因此固态电池因其更高的安全性能而受到广泛关注和深入研究。作为新兴的电化学能源存储装置,实心钠离子电池的最突出特征是它们使用固体电解质代替传统的液体电解质,从而大大提高了电池的安全性。不幸的是,虽然固体电解质表现出良好的化学稳定性和良好的电化学性能,但它们在实际应用中仍然面临许多挑战,包括低离子电导率,界面接触差和寿命短。在本文中,讨论了固态钠离子电池中电解质的特性,挑战和解决方案。
随着电动汽车和大规模储能系统的开发,现有的商业锂离子电池(LIB)越来越无法满足市场需求。出于这个原因,研究人员探索了各种新型材料系统,以增加电池的能量密度,例如基于合金的阳极,1,2 Li金属阳极,3,4 sul sul sul de-de-de-de-de-de-de de de基基阳极,5 - 7和基于Li-rich的锰的阴极。8,9在其中,硅(SI)被认为是商业石墨阳极的最佳替代品之一,因为它具有高理论能力(4200 mAh g -1)和适当的工作电压(〜0.4 V,vs.li/li/li +)。10然而,静电后,硅的体积膨胀高达300%,而Li +的反复插入和提取诱导了表面上的机械应力和变形,从而导致颗粒的粉碎。11,体积变形会破坏相邻硅颗粒之间或颗粒与当前收集器之间的电气接触,而活性材料可能完全从收集器脱离。10,12此外,硅表面上的固体电解质相(SEI)反复破裂并因硅的体积变形而导致,消耗了大量的电解质和活性锂。13随着时间的流逝,