成就高功能充電機充電鋰氧蓄電池之“會呼吸的木頭”資料使用解析
2017-9-30 9:35:28??????點擊：
【導言】
近年，充電機充電鋰氧蓄電池作為新一代儲能器材備受重視，通常而言，非水系的充電機充電鋰氧蓄電池由金屬鋰負極、非水系電解質、多孔催化正極這三個重要部分構成。充電機充電鋰氧蓄電池中正極的構造至關重要，它直接決定著鋰離子傳輸動力學、電子傳導、氧氣分散、放電產品的成長等。充電機充電鋰氧蓄電池放電進程中，在正極中鋰離子逐步與氧氣發(fā)作反響生成Li2O2固體，無法溶解的Li2O2固體則會將氧氣與鋰離子的傳輸通道堵塞而下降正極的活性面積。抱負的正極結構需求包括開孔型大孔與豐厚的微孔，利于氧氣的傳輸和放電產品的堆集，然后可以賦予充電機充電鋰氧蓄電池優(yōu)異的電化學功能。
【成果簡介】
近來，美國馬里蘭大學帕克分校的胡良兵教授(通訊作者)團隊在Advanced Energy Materials 上宣布最新研究成果 “Hierarchically Porous, Ultrathick, “Breathable” Wood-Derived Cathode for Lithium-Oxygen Batteries”，該成果榜首作者為宋慧宇副教授，現(xiàn)任職于華南理工大學化學與化工學院。在該文中，研究者從自然界中具有層級多孔結構的木頭上取得啟發(fā)，規(guī)劃了以“會呼吸”的碳化并活性化的木頭為基底，在其多孔微型孔道中負載釕納米顆粒，構筑了充電機充電鋰氧蓄電池正極資料。微型孔道有利于氧氣分散傳輸，其間豐厚多級孔的存在使得正極資料可以被電解質完全滋潤，孔道壁上構成的電解質薄層確保了鋰離子的快速傳輸。以碳化活性木頭/釕(厚度約700 μm)為正極的充電機充電鋰氧蓄電池表現(xiàn)出高的面積比電容(0.1 mA cm-2 電流密度，8.58 mA h cm-2)和優(yōu)異的充放電循環(huán)功能;若添加正極的厚度至3.4 mm，充電機充電鋰氧蓄電池的面積比電容將進步至56.0 mA h cm-2。
通過碳化和活化進程的正極堅持了開放和取向的微型孔道，具有多孔孔道的碳化活性木頭一方面是利于電子傳輸?shù)?D集流體，另一方面又是利于釕納米顆粒負載的高比外表積基底。
碳化活性木頭/釕正極的描摹表征
(a)超厚碳化活性木頭/釕光學相片;
(b-d)正極外表觸摸角表征，電解質溶液與正極外表觸摸角為0°;
(e-f)正極外表SEM圖;
(g，h)正極橫截面SEM圖;
(i)正極外表SEM圖與元素分布圖;
(j)正極橫截面SEM圖與元素分布圖;
(k)正極TEM圖顯現(xiàn)均勻負載在微型孔道壁上的釕納米顆粒(<5 nm);
(l)正極TEM圖顯現(xiàn)釕的(111)晶面。
碳化活性木頭/釕正極的透氣性和離子電導率表征
(a)自制測驗透氣性的設備示意圖;
(b)干態(tài)與濕態(tài)正極透氣性表征;
(c)濕態(tài)正極透氣性跟著電解液含量改變曲線;
(d)正極離子電導率測驗示意圖;
(e)室溫下正極的離子電導率與電解液含量聯(lián)系曲線;
(f)充電機充電鋰氧蓄電池在不同電解液用量下的充放電曲線。
以碳化活性木頭/釕為正極的充電機充電鋰氧蓄電池電化學功能
(a)充電機充電鋰氧蓄電池不同電流密度下的充放電曲線;
(b)充電機充電鋰氧蓄電池不同循環(huán)次數(shù)充放電曲線;
(c)充放電終止電壓與循環(huán)次數(shù)的聯(lián)系曲線;
(d)以超厚(約3.4 mm)的碳化活性木頭/釕為正極的充電機充電鋰氧蓄電池初次放電曲線。
碳化活性木頭/釕正極中放電產品表征
(a)放電時，微型孔道中Li2O2的生成示意圖，Li2O2在氧氣、鋰離子、催化劑觸摸的位置逐步生成;
(b，c)初次放電后微型孔道SEM圖，在微型孔道中生成了Li2O2;
(d)充電時，微型孔道中Li2O2的消失示意圖，Li2O2在新的三相界面處發(fā)作分解;
(e，f)充電后微型孔道SEM圖，在微型孔道中的Li2O2消失;
(g)初次放電后正極資料XRD表征剖析;
(h)初次放電后正極資料Raman表征剖析。
【小結】
在這項工作中，研究者初次以“會呼吸”的碳化活性木頭為基底，在其取向微型孔道中負載尺度小于5 nm的釕納米顆粒催化劑，進而構筑了三維多孔透氣正極資料使用于高功能充電機充電鋰氧蓄電池。微型孔道利于氧氣的分散，同時也利于鋰離子的快速傳輸;孔道中豐厚均衡的三相反響界面完成了充電機充電鋰氧蓄電池的高比電容與優(yōu)異循環(huán)功能。此新式透氣木頭電極在未來儲能器材中具有寬廣的使用前景。
近年，充電機充電鋰氧蓄電池作為新一代儲能器材備受重視，通常而言，非水系的充電機充電鋰氧蓄電池由金屬鋰負極、非水系電解質、多孔催化正極這三個重要部分構成。充電機充電鋰氧蓄電池中正極的構造至關重要，它直接決定著鋰離子傳輸動力學、電子傳導、氧氣分散、放電產品的成長等。充電機充電鋰氧蓄電池放電進程中，在正極中鋰離子逐步與氧氣發(fā)作反響生成Li2O2固體，無法溶解的Li2O2固體則會將氧氣與鋰離子的傳輸通道堵塞而下降正極的活性面積。抱負的正極結構需求包括開孔型大孔與豐厚的微孔，利于氧氣的傳輸和放電產品的堆集，然后可以賦予充電機充電鋰氧蓄電池優(yōu)異的電化學功能。
【成果簡介】
近來，美國馬里蘭大學帕克分校的胡良兵教授(通訊作者)團隊在Advanced Energy Materials 上宣布最新研究成果 “Hierarchically Porous, Ultrathick, “Breathable” Wood-Derived Cathode for Lithium-Oxygen Batteries”，該成果榜首作者為宋慧宇副教授，現(xiàn)任職于華南理工大學化學與化工學院。在該文中，研究者從自然界中具有層級多孔結構的木頭上取得啟發(fā)，規(guī)劃了以“會呼吸”的碳化并活性化的木頭為基底，在其多孔微型孔道中負載釕納米顆粒，構筑了充電機充電鋰氧蓄電池正極資料。微型孔道有利于氧氣分散傳輸，其間豐厚多級孔的存在使得正極資料可以被電解質完全滋潤，孔道壁上構成的電解質薄層確保了鋰離子的快速傳輸。以碳化活性木頭/釕(厚度約700 μm)為正極的充電機充電鋰氧蓄電池表現(xiàn)出高的面積比電容(0.1 mA cm-2 電流密度，8.58 mA h cm-2)和優(yōu)異的充放電循環(huán)功能;若添加正極的厚度至3.4 mm，充電機充電鋰氧蓄電池的面積比電容將進步至56.0 mA h cm-2。
【圖文導讀】
通過碳化和活化進程的正極堅持了開放和取向的微型孔道，具有多孔孔道的碳化活性木頭一方面是利于電子傳輸?shù)?D集流體，另一方面又是利于釕納米顆粒負載的高比外表積基底。
碳化活性木頭/釕正極的描摹表征
(a)超厚碳化活性木頭/釕光學相片;
(b-d)正極外表觸摸角表征，電解質溶液與正極外表觸摸角為0°;
(e-f)正極外表SEM圖;
(g，h)正極橫截面SEM圖;
(i)正極外表SEM圖與元素分布圖;
(j)正極橫截面SEM圖與元素分布圖;
(k)正極TEM圖顯現(xiàn)均勻負載在微型孔道壁上的釕納米顆粒(<5 nm);
(l)正極TEM圖顯現(xiàn)釕的(111)晶面。
碳化活性木頭/釕正極的透氣性和離子電導率表征
(a)自制測驗透氣性的設備示意圖;
(b)干態(tài)與濕態(tài)正極透氣性表征;
(c)濕態(tài)正極透氣性跟著電解液含量改變曲線;
(d)正極離子電導率測驗示意圖;
(e)室溫下正極的離子電導率與電解液含量聯(lián)系曲線;
(f)充電機充電鋰氧蓄電池在不同電解液用量下的充放電曲線。
以碳化活性木頭/釕為正極的充電機充電鋰氧蓄電池電化學功能
(a)充電機充電鋰氧蓄電池不同電流密度下的充放電曲線;
(b)充電機充電鋰氧蓄電池不同循環(huán)次數(shù)充放電曲線;
(c)充放電終止電壓與循環(huán)次數(shù)的聯(lián)系曲線;
(d)以超厚(約3.4 mm)的碳化活性木頭/釕為正極的充電機充電鋰氧蓄電池初次放電曲線。
碳化活性木頭/釕正極中放電產品表征
(a)放電時，微型孔道中Li2O2的生成示意圖，Li2O2在氧氣、鋰離子、催化劑觸摸的位置逐步生成;
(b，c)初次放電后微型孔道SEM圖，在微型孔道中生成了Li2O2;
(d)充電時，微型孔道中Li2O2的消失示意圖，Li2O2在新的三相界面處發(fā)作分解;
(e，f)充電后微型孔道SEM圖，在微型孔道中的Li2O2消失;
(g)初次放電后正極資料XRD表征剖析;
(h)初次放電后正極資料Raman表征剖析。
【小結】
在這項工作中，研究者初次以“會呼吸”的碳化活性木頭為基底，在其取向微型孔道中負載尺度小于5 nm的釕納米顆粒催化劑，進而構筑了三維多孔透氣正極資料使用于高功能充電機充電鋰氧蓄電池。微型孔道利于氧氣的分散，同時也利于鋰離子的快速傳輸;孔道中豐厚均衡的三相反響界面完成了充電機充電鋰氧蓄電池的高比電容與優(yōu)異循環(huán)功能。此新式透氣木頭電極在未來儲能器材中具有寬廣的使用前景。
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