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康衛(wèi)民/劉瑞平/李玉濤EEM：具有豐富表面氧空位的CeO2納米線可實現(xiàn)復(fù)合聚合物電解質(zhì)中的快速鋰離子傳導(dǎo)

低成本和柔性的固體聚合物電解質(zhì)在具有高能量密度和安全性的全固態(tài)鋰金屬電池中很有前景。然而，這些電解質(zhì)的低室溫離子電導(dǎo)率和小的Li⁺遷移數(shù)顯著增加了電池的內(nèi)阻和過電位。

在此，天津工業(yè)大學(xué)康衛(wèi)民教授、中國礦業(yè)大學(xué)劉瑞平教授及美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校李玉濤博士等人將具有大表面積和豐富表面氧空位的Gd摻雜 CeO₂ (GDC) 納米線引入聚合物電解質(zhì)，以增加GDC納米線與聚合物電解質(zhì)之間的相互作用，以促進鋰鹽離解并增加復(fù)合聚合物電解質(zhì)中移動鋰離子的濃度。

圖1. GDC納米線及聚合物電解質(zhì)的表征

優(yōu)化后的復(fù)合聚合物電解質(zhì)在30°C下具有5×10^-4 S cm^-1的高鋰離子電導(dǎo)率和 0.47的大鋰離子遷移數(shù)。

具有復(fù)合聚合物電解質(zhì)的固態(tài)Li/Li對稱電池在60 °C、高達1.2 mA cm^-2的電流密度時表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，證實了復(fù)合電解質(zhì)與金屬鋰負極的良好界面相容性。此外固態(tài)Li/LiFePO₄和Li/NMC電池也表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高庫侖效率。

圖2. 固態(tài)Li-Li對稱電池的電化學(xué)性能

圖3. 固態(tài)Li/LiFePO₄和Li/NMC電池的電化學(xué)性能

Optimized CeO₂ nanowires with rich surface oxygen vacancies enable fast Li-ion conduction in composite polymer electrolytes, Energy & Environmental Materials 2021. DOI: 10.1002/eem2.12272

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