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北科焦樹強/北理宋維力AM:循環2000次的高穩定準固態鋁電池!

北科焦樹強/北理宋維力AM:循環2000次的高穩定準固態鋁電池!
低成本和高安全性的非水可充鋁電池(RABs)有望用于下一代儲能。由于存在離子液體(IL)電解液,其高濕敏性和差穩定性會導致液基RABs中的關鍵問題,包括不良氣體產生、不可逆活性損失和不穩定的電極界面,從而破壞工作穩定性。
北京科技大學焦樹強、北京理工大學宋維力等通過將少量IL封裝到金屬有機框架(IL@MOF)中開發了一種穩定的準固態電解質,這不僅可以防止IL受潮,而且可以在活性物質材料和電解質之間形成足夠的離子傳輸網絡。
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圖1 用于鋁電池的準固態電解質
在這種固體形式中,IL客體充當活性陰離子(AlxCly-)導體,納米多孔MOF主體提供足夠穩定的離子傳輸通道和保護框架。由于在IL中保持了離子遷移率和穩定的保護,這種準固態IL@MOF電解質保持了高離子導電性和長期空氣穩定性的特點。
此外,開放的三維MOF框架在活性材料和IL@MOF電解質之間提供了豐富的接觸網絡,形成穩定的界面以促進AlxCly-陰離子的傳輸。
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圖2 準固態鋁電池性能
得益于三維納米多孔MOF和IL中不受約束的離子傳輸,IL@MOF電解質表現出7.5 × 10?4 S cm?1的高離子電導率,并且可以在正極-電解質和負極-電解質界面上建立穩定狀態。采用IL@MOF電解質,即使在9 mg cm?2超高石墨負載下,準固態鋁電池仍可以提供~75 mAh g?1的比容量,并表現出超過2000次循環的長期循環穩定性。
更重要的是,暴露在空氣中2小時,電池即使在火中燃燒的條件下仍然運行良好,在環境條件下顯示出長期穩定性和高安全性。這項工作突出了一種設計高度穩定和安全的鋁電池的新方法,為促進鋁電池在儲能中的應用提供了可行的策略。
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圖3 IL@MOF電解質與鋁之間的穩定界面
Stable quasi-solid-state Aluminum Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202104557

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