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大連化物所研制出光聚合凝膠電解質(zhì)用于固態(tài)鈉金屬電池
2020年12月01日 11:07:37
來源：大連化學(xué)物理研究所 點擊量：5060
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組研究員吳忠?guī)泩F隊發(fā)展出一種高室溫離子電導(dǎo)率的光聚合凝膠準固態(tài)電解質(zhì)，其表現(xiàn)出優(yōu)異的室溫離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)窗口和出色的柔韌性，并以此構(gòu)筑出高比能、高倍率、長循環(huán)性能的鈉金屬電池。
【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】 近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組研究員吳忠?guī)泩F隊發(fā)展出一種高室溫離子電導(dǎo)率的光聚合凝膠準固態(tài)電解質(zhì)，其表現(xiàn)出優(yōu)異的室溫離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)窗口和出色的柔韌性，并以此構(gòu)筑出高比能、高倍率、長循環(huán)性能的鈉金屬電池。
鈉元素具有與鋰相似的特性，因其含量豐富、分布廣泛，使鈉離子電池成為一種具有競爭力的電化學(xué)儲能器件。由于Na+半徑大于Li+，鋰離子電池中常規(guī)使用的石墨負極的插層反應(yīng)不適用于鈉離子電池。在一些研究負極材料中，鈉金屬負有高理論容量(1165 mAh/g)和低氧化還原電勢(-2.71V vs. 標準氫電勢)的特點，被視為開發(fā)高輸出電壓和能量密度的鈉離子電池的理想負極材料。但有機電解質(zhì)系統(tǒng)中的鈉金屬電池仍存在安全問題，如電解質(zhì)泄漏和鈉枝晶形成，抑制了其實際應(yīng)用。
該研究中，研究人員通過光聚合策略制備出一種新型的高離子電導(dǎo)率聚合物，即乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)基準固態(tài)電解質(zhì)，并以此構(gòu)建出高能量密度、高倍率、長循環(huán)固態(tài)鈉金屬電池。制備出的準固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出較高的室溫離子電導(dǎo)率1.2 mS/cm，以及寬電化學(xué)窗口4.7 V(vs. Na+/Na)，并有效抑制了鈉枝晶的生長；將其應(yīng)用于鈉金屬電池，表現(xiàn)出出色的倍率性能和長期循環(huán)的穩(wěn)定性，在15 C時可保持55 mAh/g的可逆放電容量；在5 C的倍率下循環(huán)1000次，仍可保持97%的容量。所獲得的鈉金屬軟包電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性、柔韌性和安全性能。該研究為發(fā)展室溫高能密度柔性固態(tài)鈉金屬電池提供了新方向。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院等的支持。
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