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欧宝体育|固态电池是开发新一代低安全低能耗密度电池的核心技术。在开发固态电池的技术路线上,聚合物电解质柔韧性强,无助于在电极和电解质之间形成良好的界面识别,因此在充电放电过程中要忍受电极材料的体积应力,质量重,容易加工,适合大规模生产,受到学术界研究人员的关注。高分子液体电解质(SPE)的传统制造工艺一般是通过溶液沉淀吊装-自然空气干燥膜-真空高温浸泡去除溶剂。

但是,由于真空高温完全物理渗透,很难去除SPE膜中瓦解的100%溶剂分子(图1a),剩余液体在后续循环过程中不会与溶剂分子分解和界面上的电极再次产生副作用,从而导致界面阻力减少、极化减少、循环寿命、库伦效率下降等一系列问题。在中国科学院物理研究所/北京凝聚物理国家研究中心清洁能源研究所E01两组博士尤里罗和致兴局、研究员胡勇胜和副研究员邵佳敏的指导下,通过化学反应,明确提出了在SPE中分解权利溶剂分子的方法。该方法的关键是调节溶剂、盐、添加剂的人造,在溶剂去除过程中,对盐-溶剂分子-添加剂两阶段化学反应过程进行精细设计,将脱离子水和NaFSI分别用作溶剂和盐,聚合物自由选择水溶液的PEO。

NaFSI结构的S-F键不稳定,水再次由暗沉的水解产生HF,再加上纳米Al2O3粒子,将中间产物转换成AlF3 xH2O(图1,图2)。该工艺制作的SPE有效地减少了固态电池接口的副作用,大大提高了电池的库仑效率、循环稳定性和倍率性能。

磷酸钒钠(NVP)和金属钠(Na)分别作为阴极和阴极,用于固态电池NVP|SPE|Na,NVP|FSI-Al2O3-AQ|Na固态电池的第一周共轭容量为110mAh/g,NaNVP|FSI-Al2O3-AQ|Na固态电池在1C倍率下循环2000周时,库仑效率始终保持在~100%,循环2000周以后的容量维持率为92.8%,平均周容量减少率仅为0.0036%。金属钠的平面电池能以100A/cm2的电流密度平稳循环800h(图3b)。

在电池循环过程中,电化学电阻序列也保持相对平稳。用本研究设计的SPE组装的固态钠电池的循环稳定性是目前报告的循环稳定性最低的聚合物固态钠电池(图3)。该工作利用盐的吸收性和盐本身的性质,建立了从SPE中去除瓦解溶剂(水)分子的现场化学反应,SPE的整个制造过程在空气中展开,需要调节湿度或保持气氛。

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同时,水作为溶剂建立了绿色、无污染、低成本的SPE制造过程。该工作对开发固体锂/钠电池中位反应控制接口、人工调节接口具有最重要的意义。

该研究结果最近在ACSEnergyLetters(ACSEnergyLetters,欧宝体育2019,4,1650-1657)上公开,并以insituformationofastableinterfaceinson为题发表文章,内容为国家重点R图1。(a-b)SPE制造流程图:A)现有流程B)设计的流程(c)NaFSI和NaTFSI的化学结构图2。(a)FSI-1%Al2O3-AQ、FSI-1%Al2O3-AN、TFSI-1%Al2O3-AQ电解质(b)Al2O3分别为NaFSI水溶液(三)Al2O3分别在NaFSI水溶液、NaFSI乙腈溶液和NaTFSI水溶液中反应离心力后的照片和TEM图。

(d-e)Al2O3是NaFSI水溶液中离心力反应后的高分辨率TEM地图(D)和XPS地图(E)图3。_欧宝体育。

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