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北京理工大学Nan Chen和Renjie Chen等人--使用金属-有机框架基电解质提高Li-O2 电池在高温下的长循环性能
        由于具有超高的理论比能量,Li—O2电池被认为是电动汽车的实用储能装置。而该研究的主要挑战是由电解质和阴极的降解以及消耗电池寿命的锂枝晶的形成引起的电极/电解质的界面不稳定性。同时,高温会加速界面反应,导致电池快速死亡。在此,我们提出了一种基于金属有机框架(MOF)和离子液体(IL)的多功能准固态电解质,以在高温下同时稳定锂离子电池的阴极并保护锂阳极。电解质具有可忽略的挥发性和与电极的良好润湿性,并且IL和MOF的协同效应通过形成均匀的Li+通量抑制了锂枝晶生长。使用这种电解液的Li—O2电池表现出高放电容量和良好的循环寿命(> 1100 h),在60°C下具有低过电位。此外,由于电解液的优异热稳定性,Li—O2电池在80°C的较高温度下表现出改进的电化学性能。这些结果表明,准固态电解质可以成为Li—O2电池商业化的潜在策略。
 
 
图 1. (a) 准固态 LiIL-MOF 电解质的制备过程示意图。  (b) 制备的 LiIL- MOF 电解质的照片。  (c) 所制备的 LiIL-MOF 电解质光催化剂的 EDS 映射。  (d) LiIL-MOF 电解质的 SEM 图像。  (e) LiIL-MOF 电解质离子电导率的 Arrhenius 图。  (f) LiIL-MOF 的 LSV,扫描速率为 1 mV s-1。  (g) 在氩气流下 LiIL-MOF 的 TGA 曲线。
 
 
图 2. (a) 准固态 Li-O2 电池结构示意图。以LE和LiIL-MOF作为电解质的Li-O2电池的第一次放电-充电曲线,电流为 (b) 100 mA g-1 和 (c) 200 mA g-1,60 °C 时容量为 500 mAh g-1。(d) Li-O2电池与 LiIL-MOF在 100 mA g-1 电流下的循环性能,在 60 °C 下容量为 500 mAh g-1。 (e) LiIL-MOF和LE电池的电压-容量曲线的第1次。 (f) 第50次和 (g) 第150次循环。
 
 
图 3. (a) 使用LiIL-MOF的Li-O2电池在100 mA g-1 电流下的循环性能,在80 °C下容量为 500 mAh g-1。 (b) 具有 LE 和 LiIL-MOF的 Li-O2 电池的深度放电曲线。 (c) 100 次循环后 LiIL-MOF 电解质的 SEM 图像。 (d) LiIL-MOF电解质在 100 次循环前后的 XRD 图谱。  LiIL-MOF 电解质(e)在 100 次循环之前和(f)之后的 XPS 图。
 

图 4. 锂金属负极在 60 ℃ 下循环 100 次后的 SEM 图像:(a) 横截面图和 (b) 俯视图。  (c) LiIL-MOF 在 Li-O2 电池中保护锂金属的机理说明。
  
      相关研究成果由北京理工大学Nan Chen和Renjie Chen等人2022年发表在ACS Applied Energy Materials (https://doi.org/10.1021/acsaem.2c00735)上。原文:Enhancing the Long Cycle Performance of Li–O2 Batteries at High Temperatures Using Metal–Organic Framework-Based Electrolytes。

转自《石墨烯研究》公众号

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