破纪录,迄今最高!天津理工「国家杰青」丁轶团队,重磅AEM!

破纪录,迄今最高!天津理工「国家杰青」丁轶团队,重磅AEM!
第一作者:Xinyu Liu
通讯作者:丁轶,刘喜正
通讯单位:天津理工大学
破纪录,迄今最高!天津理工「国家杰青」丁轶团队,重磅AEM!
丁轶,教授,天津市特聘教授,天津理工大学;先后承担国家863计划、重大科学研究计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金等二十余项科研项目。发表学术论文100余篇,被引用10000余次,个人H指数55。授权国内、国际专利40余项。
(信息来源:https://nem.tjut.edu.cn/info/1021/1147.htm,更新时间:2019-11-13)
破纪录,迄今最高!天津理工「国家杰青」丁轶团队,重磅AEM!
刘喜正,教授,先后入选天津市青年科技优秀人才、天津市中青年骨干创新人才、天津市青年特聘教授等。先后主持中央军委项目、国家自然科学基金、天津市自然科学、天津市“131”人才工程、重点实验室开放基金等项目。目前发表SCI论文60余篇,部分论文被选为封面文章,所发表论文被引用1700余次,H-指数22。
(信息来源:https://nem.tjut.edu.cn/info/1111/2530.htm,更新时间:2023-04-10)
论文速览
由于其非凡的能量和功率密度,3D微型电池成为小型化电源的非常有前途的候选产品。然而,制造完整且均匀的电解质/隔膜以在组装的3D电池中分隔3D电极仍然是一个重大挑战。
本研究提出了一种通过改进的喷涂沉积方法制备3D电解质膜的直接方法,有效隔离了三维多孔LiFePO4正极和锂负极,实现了集成非周期性3D微型电池的构建。
该3D电池展现出高达8.8 mAh cm−2(29.1 mWh cm−2)的比容量和12.7 mW cm−2的最大功率密度。与传统的2D电池相比,3D电池的充放电时间显著缩短,仅为0.17秒,而传统2D电池则为0.73秒。3D电池的优异性能主要归功于缩短的离子扩散路径,这代表了所有报道的非周期性3D电池中最高的峰值功率和能量密度。使用喷涂沉积电解质进行3D电极分隔,为3D电池的发展带来了重要进展,并展示了实际应用的巨大潜力。
图文导读
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图1:3D与2D电池的对比、构建3D电池的挑战以及集成非周期性3D电池的可能离子/电子转移的示意图。
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图2:3D正极的形态,并通过Nyquist图、循环和性能图比较了3D和2D正极的电化学性能。
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图3:通过喷涂沉积方法制备复合聚合物电解质(CPEs)的过程。
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图4:3D电池的制备和特性。
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图5:3D电池的电化学性能。
总结展望
本研究成功地通过喷涂沉积技术制备了3D电解质膜,并将其应用于非周期性3D微型电池的组装。该技术不仅解决了在不规则界面上构建3D电解质膜的挑战,而且实现了室温下高达9.6 × 10−4 S cm−1的离子导电性和0.48的锂离子传输数。
3D电池展现出卓越的能量和功率密度,即使在12.7 mW cm−2的高功率密度下也能维持4.02 mWh cm−2的能量密度。这些发现在当前3D电池研究中极为突出。未来,喷涂沉积技术在3D电解质和电极制备技术中的整合,预示着3D电池技术在物联网应用中的创新潜力。
文献信息
标题:Integrating Aperiodic 3D Porous Electrodes into 3D Batteries through Spray-Deposited Polymer Electrolytes
期刊:Advanced Energy Materials
DOI:10.1002/aenm.202401330

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