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科研动态

我院在新型电池领域发表高水平研究成果

发布时间:2018-12-26   访问人数:

 

    近日,我院吴兴隆教授课题组在国际着名学术期刊Advanced Materials (2018, 10.1002/adma.201804766)上发表了题为“Highly Improved Cycling Stability of Anion De-/Intercalation in the Graphite Cathode for Dual-Ion Batteries”的研究论文,成功设计了一个新的表界面修饰策略,通过构筑固体电解质界面膜(solid electrolyte interface, SEI)有效地保护了石墨正极,缓解了阴离子脱嵌过程中的不稳定化效应和电解质分解沉积,极大限度地提升了双离子电池的循环稳定性和库伦效率。这项研究成果提出了一条提升双离子电池(dual-ion battery)电化学性能的新途径,将促进DIB的发展和实用化。该论文的第一作者为吴兴隆教授指导的硕士研究生李文灏。

    由于地球上金属资源的含量有限,严重制约了金属离子作为单电荷载体的二次电池的发展。尽管超级电容器可以同时利用电解质中的阴阳离子,但在电极/电解质界面处发生的吸脱附/法拉第反应储能的能量密度较低,远远不能满足高储能容量的需求。以石墨为正极的DIB(其工作机理如图1所示),具有近5V的工作电位,可实现更高的能量密度。但这类电池具有严重的电解质分解和石墨正极剥落等严重问题,导致其循环寿命和库伦效率较差。本研究工作中,对石墨电极进行SEI改性修饰,有效地提升了DIB循环性能和提高了其库伦效率。如图2所示,在上截止电压5.0 V和200 mA g-1的电流密度下,循环500次后,仍表现出优异的循环稳定性和96%以上的容量保持率,与原始石墨正极相比,得到了极大的改善。通过非原位研究发现,人造SEI在电化学过程中重构后,不仅可以抑制石墨正极表面的电解质分解,还可减轻阴离子的溶剂化效应,有效稳定了石墨正极/电解质的界面,逐步建立了最佳的阴离子传输路径和石墨负极的保护层。


2. (a, b) 5.0 V (a)4.9 V (b)的上截止电压和200 mA g-1的电流密度下,Li//SMGLi//UMG的循环性能图;(c, d) 5.0 V (c)4.9 V (d)的上截止电压和200 mA g-1的电流密度下,不同循环圈数时Li//SMGLi//UMG的充放电曲线图。