张新波/黄岗AM:周期性改变电解液层厚度的旋转阴极,实现高倍率性能锂-氧气电池! 2024年4月16日 上午10:38 • 顶刊 • 阅读 40 第一作者:Yu-Long Liang, Yue Yu 通讯作者:张新波,黄岗 通讯单位:中科院长春应化所 论文速览 锂-氧气电池(LOBs)以其高理论比能密度而备受关注,但由于质量传输缓慢导致的倍率性能差,限制了其实际应用。 本研究设计了一种带有周期性改变电解液层厚度的旋转阴极,通过解耦锂离子(Li+)和氧气(O2)的最大传递速率,显著提高了LOBs的倍率性能。旋转阴极使LOBs能够在2.5 mA cm⁻²的电流密度下进行58个循环,并在7.5 mA cm⁻²的高电流密度下稳定放电,同时展现出6.8 mAh cm⁻²的大放电容量,容量衰减随电流密度增加而显著减缓。 此外,这种旋转电极在涉及气-液-固三相界面的其他电化学池中具有潜在应用价值,为增强此类系统中的质量传递提供了可行方法。 图文导读 图 1:展示了自制LOB的示意图和O2传递过程。(a) 自制LOB的示意图,(b) O2传递过程的示意图,(c) 不同电解液层厚度LOB的线性扫描伏安(LSV)曲线。 图 2:旋转LOB的设计与制造。(a) 组装和(b) 拆卸示意图,(c) 传统扣式电池和旋转电池的电化学阻抗谱(EIS),(d) 电池工作原理示意图。 图 3:旋转电池的电化学性能。(a) 不同转速下旋转电池的LSV曲线,(b) 放电至2 V的电池在不同转速下的LSV曲线,(c) 带有旋转和静止阴极的电池的速率性能比较,(d) 旋转电池在2.5 mA cm⁻²电流密度下的循环性能,(e) 10 rpm转速下电池的放电容量曲线,(f) 0 rpm转速下电池的放电容量曲线。 图 4:O2传递路径的示意图。(a) 传统电池,(b) 旋转电池,(c) 和 (d) 分别是 (b) 中对应区域的放大视图。 图 5:不同转速下电解液厚度的模拟结果。(a) 10 rpm和(b) 50 rpm下的电解液厚度。 总结展望 本研究提出的旋转阴极设计,通过周期性改变电解液层厚度,有效解决了LOBs速率性能受限的问题。实验数据显示,该电池系统在高电流密度下展现出优异的稳定性和大放电容量,且容量衰减较慢。 此外,旋转电极的设计不仅适用于LOBs,也为其他涉及气-液-固三相界面的电化学池提供了新的解决方案。未来,通过进一步优化旋转阴极的设计和电池结构,有望实现更高性能的LOBs,推动其在能源存储领域的应用。 文献信息 标题:A Rotating Cathode with Periodical Changes in Electrolyte Layer Thickness for High-Rate Li–O2 Batteries 期刊:Advanced Materials 原创文章,作者:计算搬砖工程师,如若转载,请注明来源华算科技,注明出处:https://www.v-suan.com/index.php/2024/04/16/6bc17281bb/ 测试表征 赞 (0) 0 生成海报 微信扫码分享 相关推荐 港科大Nano Energy:锌空气电池的双金属单原子催化剂的Stone-Wales缺陷 2023年10月23日 他,「国家高层次青年人才」,师承黄维院士,最新Nature子刊! 2024年6月1日 Nature:实验室通向健康与快乐的七个步骤 2023年10月24日 连续两篇Angew!巩金龙、颜宁等人共述:氢溢流,也是一把双刃剑! 2023年11月15日 南开大学陈军院士/张凯,最新Angew!聚合物电解质新突破! 2024年12月31日 唐军旺院士,最新Nature子刊! 2023年10月1日