四虎永久在线精品免费视频av,caoporn免费视频在线,X8X8国产在线观看

江南大學劉天西教授團隊 Small：MOF基纖維網絡增強聚合物復合電解質實現高性能全固態鈉金屬電池

2023-01-26 來源：高分子科技

全固態鈉金屬電池具有高安全性、高能量密度高以及低成本等優勢，是一種極具潛力的儲能體系，尤其在大規模儲能領域具有極大的應用前景。固態聚合物電解質（SPE）是構成全固態電池的核心部件，與其他類型的固態電解質相比，SPE具有更優異的柔韌性，易于加工制備，并且易于形成緊密的電極/電解質界面，被認為是有望率先突破商業化瓶頸的固態電解質體系。然而，SPE較低的離子傳導率和鈉離子遷移數極大限制了其實際應用。此外，SPE與金屬鈉負極界面兼容性差的問題加劇了鈉枝晶的生長，成為限制其商業化的另一瓶頸。因此，開發兼具高離子傳導率、高鈉離子遷移數和良好界面兼容性的SPE體系對于發展高性能全固態鈉金屬電池至關重要。

近期，江南大學劉天西教授課題組在《Small》期刊上發表了題為“Achieving Ultra-Stable All-Solid-State Sodium Metal Batteries with Anion-Trapping 3D Fiber Network Enhanced Polymer Electrolyte”的文章（DOI: 10.1002/smll.202206740）。該課題組結合靜電紡絲與溶液澆筑相技術制備了一種具有高鈉離子選擇性的MOF基纖維網絡增強的聚合物復合電解質（ATFPE），以實現固態聚合物電解質高鈉離子傳導率和與金屬鈉負極的界面兼容性。研究表明，該ATFPE由于具有連續的3D離子傳輸通道和對陰離子獨特的俘獲效應，表現出1.1×10^-4 S cm^-1的高離子傳導率、0.63的高鈉離子遷移數以及良好的界面穩定性。得益于上述優點，使用ATFPE組裝的Na/Na對稱電池在0.1 mA cm^-2下可以穩定循環超過600 h，即使在0.5 mA cm^-2的大電流密度下也僅有0.58 V的超低過電位。有限元模擬結果表明，MOF基纖維網絡的存在能夠促進金屬鈉負極表面Na⁺和電場電勢的均勻化，進而實現了Na⁺在電解質/鈉負極界面的快速轉移和在負極表面的均勻沉積。最后，使用ATFPE組裝的全固態鈉金屬電池表現出優異的倍率性能和長循環穩定性，在電流密度0.1 C的條件下，放電比容量高達117. 5 mAh g^-1，盡管在1 C條件下，電池依舊可循環超過1000圈且容量保持率高達78.2%。這項工作為高性能全固態二次金屬電池用固態聚合物電解質的合理設計及開發提供了有益借鑒。

圖1. (a) ATFPE內部結構示意圖；(b) 基于ATFPE的對稱電池中Na沉積行為示意圖；(c, d) PAN靜電紡絲纖維，(e, f) ZIF-67@PAN和 (g, h) ATFPE的SEM圖；(i) ATFPE橫截面的SEM圖和相應的 EDS (N, Na, F 和 Co)。

圖2. (a) ZIF-67、純PEO基SPE、ZIF-67@PAN和ATFPE的XRD圖譜；(b) FPE和ATFPE電解質的DSC, (c) DMA和 (d) 拉曼光譜圖；(e) FPE和ATFPE電解質的Na 1s和 (f) O 1s XPS光譜。

圖3. (a)不同溫度下兩種電解質的離子傳導率對比圖；(b) Na/ATFPE/Na對稱電池在60 °C下以10 mV電位步長計時安培曲線，插圖為極化前后的交流阻抗譜；ATFPE 和 FPE 電解質的(c) Na⁺轉移數，(d) Na⁺傳導率，(e) LSV 曲線和(f) Na/Na 對稱電池的電化學阻抗譜；(g) 使用ATFPE和FPE電解質組裝的 Na/Na對稱電池在0.1 mA cm^-2下沉積/剝離1 h的循環性能比較，插圖為循環階段的放大視圖；(h) 使用ATFPE和FPE電解質組裝的Na / Na對稱電池60 °C下在不同電流密度下的沉積/剝離電壓曲線。

圖4. (a, b) 使用ATFPE和FPE電解質組裝的Na/Na對稱電池在60 °C下以0.1 mA cm^-2的電流密度長期沉積/剝離過程中的阻抗演變和（c）可視化的界面電阻；使用 (d, e) FPE和 (f, g) ATFPE電解質組裝的Na/Na對稱電池在循環30圈后Na金屬負極表面SEM圖像；(h) 在0.05 mA cm^-2的電流密度下，ATFPE和FPE電解質中的Na⁺濃度分布和電場分布的有限元模擬結果；(i) ATFPE和FPE電解質中的Na沉積行為示意圖。

圖5. (a) 使用ATFPE和FPE電解質組裝的全固態電池在60 °C下0.1 C的首圈充放電曲線；(b) 全固態NVP/ATFPE/Na電池在0.1 C下循環不同圈數的充放電曲線；(c) 使用ATFPE和FPE電解質組裝的全固態電池在0.1 C下的循環性能對比圖；(d) 電池在0.1 C下循環150圈前后的EIS譜圖；(f) 使用ATFPE組裝的全固態電池在1 C下的循環穩定性。

作者團隊介紹：

第一作者：碩士生郭峻宏

通訊作者：劉天西教授陳蘇莉副教授

通訊單位：江南大學

課題組研究方向：聚合物基復合材料，氣凝膠功能復合材料，納米纖維復合材料，高分子復合膜材料，納米能源復合材料。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202206740

版權與免責聲明：中國聚合物網原創文章。刊物或媒體如需轉載，請聯系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。

（責任編輯：xu）

【大中小】【打印】【關閉】

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊

更多>>科教新聞

私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

誠邀關注高分子科技