當(dāng)前位置: 電池聯(lián)盟網(wǎng) > 前沿 >

吉林大學(xué)開發(fā)柔性超級電容器和鋰離子電池

時間:2019-11-15 10:34來源:高分子科學(xué)前沿 作者:綜合報道
點擊:
       水電解質(zhì)具有良好的環(huán)境友好性和良好的離子導(dǎo)電性,是商用有機電解質(zhì)很有前途的替代品。然而,它們的工作電壓窗口很窄(1.23 V),因此產(chǎn)生的能量密度不足。鹽中水電解質(zhì)(WiSEs)被認為是一種新的方式,可以獲得良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性,并具有廣闊的發(fā)展前景(3.0 V的水電池)。在WiSEs中,高濃度的雙鋰(三甲基磺酰亞胺)(LiTFSI) (>20 mol kg -1)有效地使任何可用的水分子與溶解的陽離子形成溶劑鞘結(jié)構(gòu)。其結(jié)果是,氫氣和氧氣的演化反應(yīng)超出了它們的熱力學(xué)勢。然而,穩(wěn)定的電位窗口和高離子電導(dǎo)率必須滿足超高濃度,這既不現(xiàn)實也不有效,因為考慮到它們的粘度、成本和溶解度限制。
 
       此外,高粘度加上固有的液體泄漏往往會限制流量性能和安全性。在WiSEs中,高濃度的LiTFSI形成了一個多孔網(wǎng)絡(luò),其中納米水渠保證了離子的傳輸。如果引入非本征離子通道將離子在高離子耦合方向上的運動轉(zhuǎn)化為沿通道的快速輸運,制備具有優(yōu)異離子導(dǎo)電性和高速率性能的WiSE型電解質(zhì)是有希望的。
 
       吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院湯鈞教授和材料學(xué)院張偉教授合作設(shè)計了一種新型的由聚丙烯酰胺、殼聚糖和四乙氧基硅烷直接共聚而成的聚丙烯酰胺基水凝膠電解質(zhì)(PACH/SiO2)。高濃度WiSEs中的水分子與水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)上豐富的羥基和氨基結(jié)合形成極性電暈,自發(fā)構(gòu)建Li+通道。因此,形成了一種基于PACH/SiO2的超高鹽負荷WiSE (HiSE)。重要的是,強離子耦合WiSE通過三維通道轉(zhuǎn)化為HiSE,水凝膠的存在將進一步降低水的比例,有效抑制不良反應(yīng)的發(fā)生。HiSE為2.6 V的電化學(xué)窗口和51.3 mS cm-1的高離子電導(dǎo)率(WiSEs的5倍)創(chuàng)造了良好的環(huán)境,并具有良好的可操作性和自愈能力。相關(guān)論文發(fā)表于J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 24800–24806,并被評選為內(nèi)部前封面和熱點文章。
圖1.柔性自愈HiSE的設(shè)計策略和特性
 
       HiSE顯示出卓越的拉伸性能,鹽攜帶能力,熱穩(wěn)定性和水合能力。當(dāng)浸泡濃度達到10M時,凝膠內(nèi)部H2O:Li+≈3:1, 通過差示掃描量熱法和拉曼對體系中的水進行標定,解釋所有的水分子全部轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合水,并通過理論計算得出聚合物的水合能力大于離子,揭示了水分子是集合在聚合物骨架上,形成鋰離子通道。
圖2. 模擬的鋰離子通道
 
       利用HiSE集成的雙電層電容器(EDLC)可以產(chǎn)生一個優(yōu)秀的9t綜合性能, 比如:高工作電壓 2.2 V, 高電容的140.1 F g-1, 大能量密度23.54 W h kg-1, 和10000圈以后仍然有91.7%的容量保持率。
圖3. 基于HiSE的EDLC的電化學(xué)性能
 
       同時,集成的AC//LiMn2O4鋰離子電池(ALBs)同時也展示了HiSE的多功能性。由于電解液的電壓窗口延長,電池具有清晰的插入峰和良好的速率性能 展現(xiàn)出110.7 mA h g-1at 0.1 A g-1。特別地,新型HiSE的靈活性和自愈能力顯著地促進了柔性EDLCs和ALBs的應(yīng)用,集成器件表現(xiàn)出優(yōu)異的速率性能。
圖4. 基于HiSE的ALBs的電化學(xué)性能
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
免責(zé)聲明:本文僅代表作者個人觀點,與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實,對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并請自行核實相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源:XXX(非中國電池聯(lián)盟)”的作品,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的,請在一周內(nèi)進行,以便我們及時處理。
QQ:503204601
郵箱:cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡
專題
相關(guān)新聞
本月熱點
歡迎投稿
聯(lián)系人:王女士
Email:cbcu#cbcu.com.cn
發(fā)送郵件時用@替換#
電話:010-53100736
在線投稿
企業(yè)微信號
微信公眾號