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盡管硫（S）已經(jīng)被廣泛研究作為電池的正極，但它可以通過改變電解質(zhì)中的電荷載體而作為低電位負(fù)極。

在此，阿德萊德大學(xué)喬世璋團(tuán)隊報道了一種高度可逆的S負(fù)極，它通過使用Na⁺作為電荷載體，在靜態(tài)水系S-I₂電池中從S80完全轉(zhuǎn)化為S^2-。該S負(fù)極具有-0.5 V的低電位(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極)和接近理論容量1404 mA h g^-1。重要的是，與水介質(zhì)中廣泛使用的鋅負(fù)極相比，它通過避免枝晶形成和H₂釋放而顯示出顯著的優(yōu)勢。

為了抑制S和I₂電極面臨的“穿梭效應(yīng)”，該工作提出了一種可擴(kuò)展的磺化聚砜(SPSF)膜，該膜在成本和環(huán)境友好性方面優(yōu)于商業(yè)Nafion。由于其對多硫化物/碘化物的超高選擇性，SPSF電池表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。即使在100%放電深度(DoD)下，該電池在500次循環(huán)后仍表現(xiàn)出高達(dá)87.6%的容量保持率，優(yōu)于相同條件下容量為3.1%的Zn-I₂電池。

圖1. 硫(S)負(fù)極的電化學(xué)和實際挑戰(zhàn)，以及膜的合成和表征

總之，該工作提出了S作為一種很有前途的負(fù)極材料，并通過設(shè)計一種SPSF膜來證明其在S-I₂電池中的潛力，該膜有效地減少了多硫化物/碘化物交叉。組裝的電池放電容量為1404 mA h g^-1，接近理論，優(yōu)于N117和GF，分別表現(xiàn)為724和127 mA h g^-1。SPSF膜抑制多硫化物和多碘化物的有效性，在電極操作過程中通過紫外可見原位證實。

值得注意的是，基于SPSF的電池即使在創(chuàng)紀(jì)錄的8 C(13.4 A g^-1)下也能保持穩(wěn)定運行，每個循環(huán)的容量保持率達(dá)到99.95%。超大質(zhì)量負(fù)載~37 mg cm^-2的軟包電池具有高穩(wěn)定性，200次循環(huán)容量保持率為84.9%。更重要的是強(qiáng)調(diào)了S負(fù)極相對于Zn負(fù)極的優(yōu)越性。原位DEMS證實，S負(fù)極表現(xiàn)出明顯高于HER的還原電位，而鍍鋅則容易引發(fā)不必要的氣體釋放。與金屬鋅負(fù)極相比，S負(fù)極具有100%的利用率和循環(huán)穩(wěn)定性，有助于高能量密度輸出。

圖2.電池性能

High-reversibility Sulfur Anode for Advanced Aqueous Battery, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309038

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?喬世璋AM：高可逆性硫負(fù)極用于先進(jìn)水系電池

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