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開發鋰氧（Li-O₂）電池的主要挑戰是絕緣放電產物在陰極的積累，這會阻礙氧的擴散和電子的轉移，最終限制電池容量和循環壽命。

在此，吉林大學徐吉靜教授等人受生物礦物組織自組裝的啟發，開發了一種新的前體-支架/固相-結晶策略并合成了一種基于微管支架和微管三模態網絡的自支撐沸石微管編織織物（ZMT WF）隔膜。其中玻璃纖維（GF）隔膜不僅作為前體支架提供支架藍圖，還可作為合成硅源以確保沸石沿GF隔膜原位生長。自組裝ZMT WF具有良好的離子導電性和熱穩定性，非常適合作為新型儲能系統的隔膜。

此外，沸石良好的離子交換能力有利于獲得優秀的可設計性。通過陽離子交換作用對ZMT WF隔膜進行改性以逆轉其表面電荷特性，因此溴化銨改性的ZMT WF（NH₄ZMT WF）隔膜能夠捕獲反應中間體O₂^–并形成離子對（NH₄⁺-O₂^–CIP）且迅速發生歧化還原，從而在表面迅速形成Li₂O₂。

圖1. 正極和隔膜上產物的表征

研究表明，NH₄ZMT WF隔膜能夠結合捕獲和轉化步驟，這有利于將放電反應區域擴展到隔膜。根據皮爾遜酸堿概念，ZMT WF表面改性陽離子的硬度會影響放電產物的形成機制。如，十六烷基三甲基溴化銨改性的ZMT WF（HMZMT WF）隔膜表面的十六烷基三甲基銨離子（CTA⁺）可通過形成穩定的CTA⁺-O₂^–離子對來穩定超氧化物從而抑制O₂^–的歧化，直到進一步進行離子交換并沉淀為固體LiO₂。

此外，電解液中的游離O₂^–被NH₄ZMT WF隔膜捕獲并固定，防止其侵蝕陰極和電解液，從而減少不良副產物的形成和積累。受益于所有這些優勢，Li-O₂ 電池顯示出超過25000 mAh g^-1的增強容量（遠高于商用GF隔膜的5500 mAh g^-1）和超過4000小時的延長循環性能。總之，這些啟發性的發現對Li-O₂電池的隔膜設計具有指導意義，并進一步推動該電池體系的發展。

圖2. Li-O₂電池的電化學性能

In situ construction of glass-fiber-directed zeolite microtube woven separator for ultra-high-capacity lithium-oxygen batteries, Matter 2022. DOI: 10.1016/j.matt.2022.10.013

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?吉大徐吉靜Matter：原位構建沸石微管編織隔膜用于超高容量鋰氧電池！

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