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鈉離子電池（SIBs）顯示出大規模儲能的巨大潛力。然而，Na⁺的大尺寸和重質量總是導致巨大的體積變化和較差的電化學穩定性，特別是在合金型負極材料中。

在此，山東大學楊劍教授、山東科技大學柏中朝教授等人以聚丙烯酸（PAA）作為親水性粘結劑的模型，通過酯化反應與甘油交聯（PAA-GLY）用于提高合金型負極材料在SIBs中的電化學性能。與羧甲基纖維素（CMC）和海藻酸鈉（SA）相比，PAA的優勢在于分子量可控、官能團單一（羧基）。

研究表明，PAA-GLY這種交聯增強了聚合物骨架并提高了電極對結構應變/應力的抵抗力，從而極大地促進電極在循環時的穩定性。同時，交聯消除了PAA中的活性質子，促進了電解液的滲濾。因此，使用PAA-GLY作為粘結劑可顯著提高合金型負極材料的電化學性能，特別是在循環壽命和初始庫倫效率（iCE）方面，正如商用μ-Sn、μ-Bi和μ-Sb粉末所證明的那樣。

圖1. PAA和GLY的交聯反應增強電極的機械性能

以μ-Sn為例，使用PAA-GLY粘結劑的電極在2 A g^-1下循環2000次后容量為457.8 mAh g^-1，比僅使用PVdF或PAA的情況要好得多。它的iCE可提高到90.3%，使其能夠直接用于全電池而不需要預沉淀過程。此外，該粘結劑的優勢還體現在厚電極上。在7.1 mg cm^-2的質量負載下，電極在50個循環后提供5.2 mAh cm^-2的面積容量，再次證明了該電極的潛力。

最后，無需費力預沉淀的全電池在2 A g^-1下可實現300次的穩定循環。這些來自沒有尺寸控制和碳涂層的商業μ-Sn粉末的結果已經優于大多數 Sn/C納米復合材料，其出色的性能不需要尺寸控制或碳涂層，但超過了大多數基于其他策略的報道數據?？傊?，這項研究報道的交聯策略易于操作、效果顯著和應用廣泛，在SIB中具有廣闊的前景。

圖2. 使用不同粘結劑制備的電極的全電池性能

Intermolecular Cross-Linking Reinforces Polymer Binders for Durable Alloy-Type Anode Materials of Sodium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202939

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楊劍/柏中朝AEM: 分子交聯增強聚合物粘結劑用于鈉離子電池的合金負極

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