科學家利用新型鹵素轉換插層化學 打造高能鋰離子水系電池
發布時間:2019-05-24 15:47:02

科學家利用新型鹵素轉換插層化學 打造高能鋰離子水系電池


據外媒報道,馬里蘭大學的一組研究人員首次在石墨中引入鹵素轉換插層化學,創新研發復合電極,容量為243 mAh/g(就電極總重量而言) ,平均電位為4.2 V, vs Li/Li+。團隊人員將這一陰極與鈍化石墨陽極相結合,打造出能達到4V的体彩排列三走势图带连线带坐标,能量密度為460 Wh/kg,庫侖效率約為100%。


越來越多的研究人員開始使用“water-in-salt”電解質,能極大擴展水溶液体彩排列三走势图带连线带坐标的電化學窗口,達到3-4伏特,使高壓陰極與低電位石墨陽極耦合成為可能。然而,由于典型過渡金屬氧化物陰極的鋰插入能力有限,小于200 mA h/g,無法獲得更高能量密度。部分或全部陰離子的氧化還原反應,可以讓容量升高,但不具備可逆性。


該電池基于負離子轉換-插層機制,結合高能量密度的轉換反應,具有插層的優良可逆性,提高水系電池的安全性。新的陰極化學方法具有轉化反應的高能量,以及拓撲定向插入的優良可逆性,因而被稱為轉化-插層化學機制。通過石墨中鹵素陰離子(Br?和Cl?)的氧化還原反應,將無水LiBr、LiCl與石墨按最佳質量比為2:1:2混合,合成一種含有等摩爾鹵化鋰鹽(LiBr)0.5(LiCl)0.5-石墨(以下簡稱LBC-G)的復合電極。其中,高濃度的“water-in-bisalt ”(WIBS)電解質,將部分水合LiBr/LiCl限制在固體陰極基體中。經過氧化后,Br0和Cl0序貫插入石墨基質中,作為固體石墨插層化合物(GICs)穩定下來。


這種電池從根本上不同于“雙離子”電池。雙離子電池將復雜陰離子(PF6?、BF4?和TFSI?等),在低填充密度下,可逆性插入到石墨中,這些穩定的陰離子不發生氧化還原反應,導致容量低于120mAh/g。LBC-G全電池的能量密度約為460 Wh/kg,超過最先進的非水液態鋰離子電池??悸塹降緗庵手柿亢?,其能量密度仍能達到304 Wh/kg。

稿件來源: 蓋世汽車
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