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  • 时间:2019-01-06 15:19
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化学化工学院毛秉伟教学、董全峰教学课题组合作,在碱金属负极界面研讨方面失掉首要冲破,相干结果“Designable ultra-smooth ultra-thin solid-electrolyteinterphases of three alkali metal anodes”发表于《自然-通讯》(Nature Communications, 2018, 9, 1339)。

金属锂是下一代高能量密度二次电池最理想的负极资料之一。在以金属锂作为负极的电池中,锂电沉积进程中枝晶的成长及溶解进程的死锂现象是限制电池库仑效率、不变性和安全性的首要要素,而金属锂名义的宏观平坦性及固态电解质界面(SEI)膜的组成和布局及由其所决议的电学和力学性子对锂电沉积和溶解行为有首要影响。

SEI膜是电解液在极其电位下化学和电化学分析所构成的覆盖于电极名义的固态界面层。传统方式通常通常通过电解液浸润并辅以小倍率充放电而构成(化成),但该方式未充分利用SEI构成的电化学特性,所构成的SEI的理化性子欠佳,导致充放电轮回不变性差。为了在名义状态明白的条件下构成SEI膜并予以把持,课题组通过研讨生长了电化学调控的方式,完成对金属锂名义的电化学抛光和SEI膜的原位成膜,不仅获得了大规模原子平坦的锂名义,而且修筑了份子标准平均润滑的SEI膜。使用AFM力曲线、XPS深度分析、FTIR和EIS等显微学、谱学和电化学方式等多标准表征技巧对锂负极举行了详尽研讨,了局表白该SEI膜浮现出无机物嵌入、有机物交联的软硬相间的多层膜布局特征和较着提升的离子电导率。这种宏观平坦润滑且兼具刚性和弹性的SEI膜的锂负极,存在优胜的电化学机能,对锂枝晶有很好的按捺后果,表现出较着加长的不变性及对电池电解液的普适性,锂立体电极可在2 mA cm–2(1 mAh cm–2)、100% Li 放电深度(DOD)下不变轮回至多200周且库伦效率高达99%;与硫或钴酸锂正极资料构成的全电池也一样展示出优胜的充-放电轮回机能。

课题组所生长的电化学调控方式可进一步拓展到钠、钾碱金属负极上,构成大规模原子平坦的钠、钾名义和超薄超润滑的SEI膜。特别是金属钠立体电极可在2 mA cm–2(1 mAh cm–2)100% Na DOD下不变轮回550周以上且库伦效率近100%。这一基于电化学调控的碱金属名义抛光和SEI膜修筑的方式及多标准结合表征,为解决碱金属负极问题供应了新的思绪,也为生长名义科学根蒂根基研讨供应高品质的碱金属名义。

该研讨是在毛秉伟教学和董全峰教学共同指点下,由2014级博士生谷宇、2016级博士生王卫伟、2013级博士生李艺娟等同窗共同努力的结果。泉州师范学院吴启辉教学和上海使用物理研讨所樊春海研讨员别离在X射线光电子能谱表征和同步辐射表征中供应了鼎力支持。化学化工学院郑明森副教学、颜佳伟教学、吴德印教学、iChEM研讨员丁松园博士在实验和实际盘算方面给予了鼎力帮助;田中群教学和郑南峰教学等对此事情提出了可贵意见。研讨事情失掉科技部973企图(名目同意号:2015CB251102、2012CB932902),国家自然科学基金(名目同意号:U1305246、21621091、21473147、21533006、21673193)等名目的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03466-8

(化学化工学院)

责任编辑:黄伟彬