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【能源】氮掺杂的无定型Zn/C多通道纤维布局用于高不变的锂金属负极

发布时间:2021-11-19 00:01 人气:

本文摘要:【能源】氮掺杂的无定型Zn/C多通道纤维布局用于高不变的锂金属负极 锂金属负极由于极高的理论比容量、较低的电化学电势等长处,成为比年来储能范畴的研究热点。然而,由于充放电历程中锂枝晶的生长造成的宁静性问题以及低的库伦效率,导致锂金属的实际应用仍然受到必然限制。 通过摸索兼容的电解液体系、设计三维的储锂布局、以及构筑功效化的SEI界面可以有效地抑制锂枝晶的生长。

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【能源】氮掺杂的无定型Zn/C多通道纤维布局用于高不变的锂金属负极 锂金属负极由于极高的理论比容量、较低的电化学电势等长处,成为比年来储能范畴的研究热点。然而,由于充放电历程中锂枝晶的生长造成的宁静性问题以及低的库伦效率,导致锂金属的实际应用仍然受到必然限制。

通过摸索兼容的电解液体系、设计三维的储锂布局、以及构筑功效化的SEI界面可以有效地抑制锂枝晶的生长。个中,三维的多孔碳质料作为储锂布局,可以有效地降低局部的电流密度、缓解充放电历程中的体积膨胀和布局应力,体现出比力优异的电化学机能。

另外,一些亲锂基团的修饰,如氮掺杂碳,可以有效地调控锂金属的成核与生长。别的,一些金属可以与锂形成一系列固溶体,体现出高的锂扩散系数和低的锂沉积能垒,从而抑制锂枝晶的生长。然而,如何有效地联合这些差别布局和构成优势,来实现高机能锂金属负极的设计仍然具有很大挑战。近日, 新加坡南洋理工大学的 楼雄文传授课题组 通过多步骤的合成方法,构造了一类分级的三维的氮掺杂Zn/C复合纤维布局,体现出较好的电化学机能。

研究者通过静电纺丝技能构造了PAN/PS-Zn(Ac )2 纤维;随后,通过在二甲基咪唑乙醇溶液中的浸置反映,获得ZIF-8包覆的ZIF‐8@PAN/PS‐Zn(Ac )2 纤维;颠末随后的高温热解,得到了分级的三维的氮掺杂Zn/C复合纤维布局(CC-Zn-CMFs)。这一质料体现出多功效的布局和构成优势:(1)三维高导电性碳纤维可以有效地降低局部电流密度;(2)分级的碳盒子负载的中空多通道纤维布局可以有效地缓解电化学反映历程中的体积变化和布局应力;(3)亲锂的氮掺杂碳可以实现金属锂的选择性成核和生长;(4)功效化的金属锌可以与锂形成固溶体界面层,体现出高的锂扩散系数和低的锂沉积能垒。基于这些优势,所构筑的CC-Zn-CMFs作为储锂载体体现出优异的电化学机能。

CC-Zn-CMFs电极在1到5 mA c m-2 的差别的电流密度下均可以实现凌驾500周的轮回;同时,CC-Zn-CMFs-Li对称电池可以实现2000小时的不变轮回;基于CC-Zn-CMFs-Li负极和LiFeP O4 正极的全电池也体现出优异的倍率机能和轮回不变性。这一研究成果提供了一种制备高机能多功效的三维储锂载体的新方法,为锂金属负极的成长和应用,以及庞大分级布局质料的设计提供了新的思路。图1.(a)CC-Zn-CMFs三维多通道纤维的合成历程示意图。(b-g)扫描和透射电镜表征:(b-d)PAN/PS-Zn(Ac )2 纤维,(e-g)ZIF‐8@PAN/PS‐Zn(Ac )2 纤维。

展开全文 图2.(a-l)扫描和透射电镜表征:(a-h)CC-Zn-CMFs,(i-l)Zn-CMFs。CC-Zn-CMFs和Zn-CMFs的(m)拉曼光谱,(n)热重曲线,(o)N 2 吸脱附曲线。图3. 金属锂在CC-Zn-CMFs电极上的沉积行为研究。图4. 差别质料作为锂金属负极的电化学机能研究。

图5. 全电池的电化学机能研究。这一结果近期颁发在 Angewandte Chemie International Edition 上,通讯作者是 楼雄文传授。Nitrogen-Doped Amorphous Zn-Carbon Multichannel Fibers for Stable Lithium Metal Anodes Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202100471 导师先容 楼雄文 http://www.x-mol.com/university/faculty/35053 课题组主页 https://personal.ntu.edu.sg/xwlou/ 本文版权属于 X-MOL(x-mol.com),未经许可回绝转载!接待读者伴侣们分享到伴侣圈or微博! 返回,检察更多。


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