许多新兴应用中的主流介电储能技术,如可再生能源、电气化交通和先进推进系统,通常需要在恶劣的温度条件下运行。然而,在当前的聚合物介电材料和应用中,优异的电容性能和热稳定性往往是互相排斥的。在这里,我们报告了一种定制结构单元以设计高温聚合物电介质的策略。预测了由不同结构单元组合而成的聚酰亚胺衍生聚合物库,并合成了 12 种代表性聚合物用于直接实验研究。这项研究为实现在高温下具有高能量存储能力的坚固稳定的电介质所必需的决定性结构因素提供了重要的见解。我们还发现,当带隙超过临界点时,高温绝缘性能的边际效用会递减,这与这些聚合物中相邻共轭平面之间的二面角密切相关。通过实验测试优化和预测的结构,观察到在高达 250°C 的温度下能量存储增加。我们讨论了将该策略普遍应用于其他聚合物电介质以进一步提高性能的可能性。
dz2 方向的键与 d xy 平面上的键结合,从而显著减轻 JT 畸变并抑制放电至 2.0 V 时的相变。按照这种策略,制备的尖晶石基正极实现了约 290 mA hg -1 的高可逆容量和高达 957 W h kg -1 的能量密度,并且循环稳定性得到改善。这项工作为传统尖晶石正极以低成本和可持续的方式应用于高能量密度 LIBs 找到了新的机会。关键词:锂离子电池;尖晶石基正极;局部结构连接;限制 Jahn-Teller 畸变;高能量密度。1. 简介为了应对电动汽车 (EV) 和电网储能系统 (PGESS) 对锂离子电池 (LIBs) 日益增长的需求,关键挑战之一是设计低成本、高能量密度的正极材料。 [1-3] 与现有的钴基和镍基层状正极材料(如 LiCoO 2 和 LiNi 1-xy Co x Mn y O 2(0 ≤ x+y ≤ 0.5))相比,锰基尖晶石氧化物 LiMn 2 O 4 因成本低、工作电压可接受而引起了广泛关注。[4-6] LiMn 2 O 4 已广泛应用于便携式移动电源,但由于能量密度低(<500 W h kg -1 ),未在电动汽车和 PGESS 中使用。用 Ni 部分替代 Mn,尖晶石 LiMn 2-x Ni x O 4(0< x <1)(LMNO)在接近 4.7 V 处表现出由 Ni 2+ /Ni 4+ 氧化还原对贡献的额外电位平台,将能量密度推高至 580 W h kg -1 。 [7-10] 尽管如此,由于只有尖晶石骨架上 8a 位上的锂离子可以可逆地嵌入/脱出,因此相对较低的容量(<140 mA hg -1 )可以进一步改善。 为了获得更高的容量,一种方法是将电位窗口从 3.0 - 4.8 V 扩展到 2.0 - 4.8 V,因为额外的锂离子可以在 3.0 V 以下嵌入 16c 位。 在此过程中,Mn 4+ 会还原到接近 Mn 3+ 的低价态,从而引起严重的 Jahn-Teller (JT) 畸变和从立方相到四方相(1T)的剧烈相变。 [11,12] 晶格对称性降低导致的晶格体积变化大和各向异性应变大,会在块体中引起裂纹,从而导致电接触丧失和结构降解,最终导致容量衰减。因此,通过抑制JT畸变来抑制立方-四方相变是提高3.0 V以下循环稳定性的关键。长期以来,尖晶石正极的研究主要集中在进一步提高结构稳定性,通过用Li、[6,13]Mg、[14,15]替代Mn或Ni
让 FF0 FF1 FF_CB FF_CB_slow 0.9 4.28571E-10 2.78571E-10 6.14286E-10 5.42857E-10 1.9 4.25E-10 5.25E-10 7.75E-10 6.25E-10 2.2 3.42951E-10 4.91563E-10 1.10888E-09 5.02995E-10 2.8 6.72495E-10 5.52407E-10 1.39303E-09 7.2053E-10 6.3 1.14226E-09 8.30737E-10 2.54413E-09 2.49221E-09 6.4 1.9031E-09 1.71132E-09 4.48483E-09 3.79146E-09 7.6 1.73551E-09 1.89552E-09 4.33263E-09 3.17562E-09 7.8 2.15517E-09 1.90965E-09 5.23789E-09 4.11938E-09 9.7 2.21607E-09 2.14681E-09 6.5097E-09 4.50139E-09 9.8 2.72374E-09 2.0428E-09 8.31712E-09 3.98833E-09 24.1 2.86338E-09 4.36324E-09 3.02018E-08 1.5544E-08 24.3 3.56738E-09 3.99207E-09 3.08041E-08 1.38732E-08 29.4 4.05186E-09 5.15166E-09 3.99398E-08 1.77124E-08 29.7 3.46962E-09 6.47037E-09 4.3886E-08 1.80045E-08 29.8 1.05556E-08 1.16667E-08 0.0000001 3.97222E-08 30.37 7.88177E-09 1.03448E-08 8.02956E-08 4.66749E-08