250次,86.7%!中国科学技术大学陈立锋,Angew!全固态锂金属电池!

华算科技 2024-12-26 14:49:10

锂金属电池因其高能量密度而备受关注,但其安全性问题一直是一个挑战。传统的液态电解质容易引起电池短路和热失控,而固态电解质因其不可燃性和机械稳定性被认为是提高电池安全性的有效途径。因此,设计具有室温高离子电导率的固态聚合物电解质(SPEs)是推动柔性全固态储能装置发展的关键。

在此,中国科学技术大学陈立锋团队在光催化设计原理的指导下,在SPEs中引入光激发调制异质结作为催化活性填料,并使用天然细菌纤维素来增强无机填充SPEs的机械性能。

研究表明,在光激发下,聚环氧乙烷电解质中微量异质结产生的强光生电场显著增强了锂盐的解离,增加了移动锂离子的浓度进而导致离子电导率大幅增加,在25°C时达到0.135 mS cm−1,Li+转移数高达0.46。此外,该种柔性全固态锂金属软包电池即使在反复弯曲和折叠后也能表现出优异的178.8 mAh g-1的放电容量,并表现出出色的长期循环稳定性,在1 C (25℃)下循环250次后仍能保持其初始容量的86.7%。

图1. PEO/LiTFSI和LDR固态聚合物电解质结构表征

总之,该工作通过将微量光催化活性填料和天然细菌纤维素掺入PEO基固态电解质中,开发出具有高离子电导率和稳定性的柔性ASSLMB。利用异质结的光激发调制机制和天然细菌纤维素的机械增强作用,这些填料在室温光照条件下产生强大而稳定的光生电场。该策略增强了LiTFSI的解离和Li+传输,降低了Li+迁移能垒和界面电阻,从而加速了ASSLMB中的电化学动力学。

结果显示,LDR固态聚合物电解质表现出显著的长期循环稳定性和优异的可逆性。当与LFP和NMC811正极搭配使用时,ASSLMB在25°C下表现出稳定的倍率性能和出色的长期循环性。因此,该工作为构建灵活耐用的ASSLMBs提供了有效策略。

图2. LFP(NCM)||LDR||Li电池性能

Photoexcitation-Enhanced High-Ionic Conductivity in Polymer Electrolytes for Flexible, All-Solid-State Lithium-Metal Batteries Operating at Room TemperatureAngewandte Chemie International Edition2024 DOI: 10.1002/anie.202417605

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