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鈉金屬電池因其高能量密度、低氧化還原電位和便宜的材料價格而被認為是下一代儲能設備的有希望的候選者。然而，鈉金屬負極通常表現出臭名昭著的問題，包括界面逐漸變厚導致鈉流失和鈉金屬枝晶生長造成的安全隱患等。

在此，溫州大學侴術雷教授、武漢大學曹余良教授及澳大利亞伍倫貢大學吳超、王云曉等人報道了一種通過水熱組裝和熱還原制備由生長在還原氧化石墨烯（RGO）氣凝膠基底（MgF₂@RGO）上的MgF₂納米晶體組成的輕質氣凝膠的簡單方法，并將其作為Na金屬負極的多功能主體材料。

研究表明，具有3D導電骨架和豐富多孔結構的氣凝膠結構降低了局部電流密度，并提供了相互連接的空隙空間以適應金屬鈉的沉積。此外，MgF₂組分在實現非枝晶和高度可逆的Na電鍍/剝離方面起著關鍵作用。在第一次鍍鈉的初始階段，MgF₂納米晶體可以轉化為 Mg（成核位點）和NaF（固體電解質界面）：一方面，Mg親鈉晶種保證了均勻的Na成核和生長。同時，富含NaF的保護層會在電鍍/剝離循環中演變，從而抑制Na枝晶生長并防止電解液持續耗盡。

圖1. MgF₂ @RGO氣凝膠作為主體材料的工作機理

因此，由于協同效應，MgF₂ @RGO氣凝膠可作為多功能主體來調節金屬Na的均勻沉積，使Na負極具有高度穩定的循環穩定性。Na/MgF₂@RGO負極在1 mA cm^-2下可提供約500小時和2 mA cm^-2下約300小時的穩定循環，這均優于基于裸銅和RGO主體的Na金屬負極。形態演變證實，金屬Na負極與MgF₂@RGO氣凝膠的結合抑制了粒狀Na的形成和枝晶生長。

此外，與Na/RGO負極相比，具有Na/MgF₂@RGO負極的全電池具有更高的倍率性能與長循環壽命，在1 C下穩定循環200次循環后具有91.3% 的高容量保持率，驗證了該氣凝膠主體的實際應用可行性。總之，這種基于協同效應的主體材料設計概念可有效實現穩定的Na金屬負極，為未來高能鈉金屬電池的發展提供了啟示。

圖2. 基于Na/MgF₂@RGO負極的鈉金屬全電池性能

In Situ Plating of Mg Sodiophilic Seeds and Evolving Sodium Fluoride Protective Layers for Superior Sodium Metal Anodes, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200990

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侴術雷/曹余良等AEM: 親鈉Mg晶種+NaF保護層協同穩定Na負極！

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