炫酷！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第2期）

• T, 头条, 百家, 顶刊 • 阅读 5

解说头版文章

品味智慧之光

纵使揽胜四方

我自封面大赏

——编者

锂离子电池正极材料

炫酷！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第2期）

日本京都大学Kohei Miyazak教授课题组报道了一种正极电解液界面（CEI）的形成过程。CEI是电池在运行不久后由于电解液分解而逐渐生长在正极表面的一层膜。这层膜对于保障电池稳定运行至关重要。有机电解液容易形成CEI，但近年来水系电解液也逐渐有形成CEI的报道。这些水系电解液大多含有高浓度含氟有机离子。
本工作颠覆了这一规律，首次报道在饱和LiNO3水溶液（9.5 M，含少量LiOH，pH=10）中亦能形成CEI。当LiNiO2正极在0-1.2 V (vs. Ag/AgCl) 电压区间工作时，作者们观察到Li+首次脱出时会在该正极表面形成主要成分为Li2CO3和LiOH的CEI。
这层CEI抑制了电极与电解液的副反应，提升了正极结构稳定性。因此，CEI附着的正极在50次充放电循环后能保持近70%电容，而无CEI保护的正极同样条件下电容几乎为零。
炫酷！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第2期）
封面前端展示LiNiO2电极在电解液中形成CEI的示意图：左侧为电极，右侧为电解液，中间透明膜为CEI。后方的盾牌防御构图突显了CEI膜维持电池稳定运行的保护作用。

双离子电池

炫酷！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第2期）

中科院深圳先进技术研究院唐永炳研究员团队报道了一种能在6.0 V高压下稳定使用的双离子电池电解液。双离子电池通常采用石墨正极，依靠阴阳离子同时在两电极上嵌入/脱出存储电能。因为阴离子嵌入/脱出电位高（一般>4.5 V vs. Li+/Li），双离子电池比传统锂离子电池理论上存储的能量更多。然而，电池常用的碳酸酯类电解液在高电压下容易分解，缩短电池寿命并带来安全隐患。
本文报道了一种能在6.0 V下稳定工作的砜类电解液，具体成分是4.0 m（molality）LiFSI的四亚甲基砜溶液。这种电解液综合了砜类溶剂本征电化学稳定性高、FSI盐溶解度大的优点，而且高浓度盐使溶液体系中自由溶剂分子数量锐减。
这些因素都有助于提高电解液高电压下的稳定性并提升正负极反应的可逆性。使用该电解液的双离子电池在5.2 V电压下电解液-电极界面无气泡生成，电池能量密度达到113.3 mAh/g，1000次充放电循环后容量保持94.7%。
炫酷！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第2期）
封面模仿了中子星喷流，不过向两边喷出的不是射电喷流，而是阴阳离子。这样的构图可能是模仿了双离子电池的隔膜处离子在外加电场下分别向两电极侧相对运动。两块光彩四溢的光球可能代表了电池在高电压电解液加持下能量密度高的特点。

锌离子电池

炫酷！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第2期）

美国路易斯安娜州立大学Qinglin Wu教授、Wangwang Xu博士，南京林业大学梅长彤教授等报道了一种可自充电的锌离子电池。这种新型锌离子电池由二氧化钒VO2正极、金属锌负极、聚丙烯酰胺-壳多糖水凝胶电解液构成。VO2电极的稳定层状结构和凝胶电解液的微观交联网络成为离子快速传导通道，保障了电池的性能。139.0 W/kg功率密度下的能量密度达到231.9 Wh/kg。
此外，作者们发现这种电池在空气中放置可发生自充电过程。这是因为空气中氧气氧化放电后处于还原态的正极电极材料所致。放电完全的锌离子电池在空气中放置6 h后，可于0.2 A/g电流密度下放出263.9 mAh/g电能。添加少量醋酸以除去电池运行过程中产生的副产物后（锌的碱性氧化物，附着在正极表面影响Zn2+进入），该电池能稳定自充放电20次。
炫酷！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第2期）
跑步小哥右臂上的手机正通过自充电锌离子电池充电。放大图展示了该电池的结构：下层银白色小球阵列为锌负极，中间透明层为水凝胶电解质，上部暗红色层为VO2正极。漂浮其中的氧气分子氧化正极后形成水，完成电池自充电。

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/16/a615183f94/

赞 (0)
0

相关推荐