液体金属

北化王峰教授团队和北航杨树斌教授团队Ad

发布时间:2022/6/28 17:17:11   
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相较于传统固态电解质,橡胶基电解质具有高弹性和耐疲劳等优点,能够适应反复发生体积变化的金属锂负极,保证电解质和金属锂负极良好的接触界面,从而促进锂离子稳定快速传输。然而,高机械强度橡胶基电解质的离子电导率过低(10-6Scm-1),限制了其应用。虽然添加小分子增塑剂可提升橡胶基电解质的离子电导率,但是增塑剂会造成电解质的机械强度明显劣化,难以保持锂金属电池的长期稳定运行。因此,开发具有高离子电导率和耐疲劳的橡胶基电解质对于固态锂金属电池的发展及应用具有重要意义。

近期,北京化工大学王峰教授、牛津副教授团队和北航杨树斌教授团队提出一种硫化法可控合成耐疲劳橡胶衍生导锂弹性体的新策略(图1),得益于硫化过程产生的含离子液体片段的化学交联网络,所获电解质既继承了橡胶良好的回弹性(图2),同时实现了高达2.7×10-4Scm-1的室温离子电导率(图3)。此导锂弹性体可在充放电过程中与反复发生体积变化的金属锂负极保持紧密接触,保证了锂离子在电极和电解质界面的稳定快速传输,从而实现长寿命、高性能和高安全性的固态锂金属电池(图4)。鉴于橡胶种类丰富、结构多样和可修饰性强等特点,基于此硫化法可进一步探索和研发系列高离子电导率、耐疲劳的导锂弹性体,加速其在固态锂金属电池中的应用研究,从而获得高性能和高安全性固态锂金属电池。该工作以“AHighlyDurableRubber-DerivedLithium-ConductingElastomerforLithiumMetalBatteriesg”为题发表在《AdvancedScience》上(Adv.Sci.,)。文章第一作者是北京化工大学博士后史永正博士。该研究得到国家自然科学基金委和中国博士后科学基金会的支持。

图1.硫化法合成橡胶衍生固态电解质的示意图。图2.橡胶衍生固态电解质弹性和耐久性测试,包括拉伸、蠕变、应力-应变曲线图。图3.橡胶衍生固态电解质的锂传导机制探究,包括DSC曲线、Arrhenius曲线、固态7Li核磁共振(NMR)光谱和快速离子传输通道示意图。图4.基于橡胶衍生固态电解质的锂金属全电池的循环性能。

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