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?尹鴿平/婁帥鋒Matter:在-30℃下運行的快充電池!

?尹鴿平/婁帥鋒Matter:在-30℃下運行的快充電池!
低溫(<-30℃)下快速充電的鋰離子電池(LIBs)的高運行能力對于寒冷地區(qū)電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)和峰值負荷轉(zhuǎn)移至關重要。然而,低溫性能受到Li+擴散遲緩和高壓極化的嚴重困擾。
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圖1. 在低溫下運行的TNO和TNO/TNN的局部結構示意圖
哈爾濱工業(yè)大學尹鴿平、婁帥鋒等提出了一種鑲嵌式的TiNb2O7/TiNbN2(TNO/TNN)異質(zhì)結,通過原子界面的內(nèi)置電場來實現(xiàn)改進的離子擴散動力學,以實現(xiàn)卓越的儲鋰性能。
密度泛函理論(DFT)計算進一步顯示,相結界面可以顯著降低擴散勢壘,提高導電性,增強Li+-脫溶能力,從而賦予TNO/TNN在低溫條件下的高Li+擴散系數(shù)和快速充電能力。
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圖2. TNO/TNN復合材料的結構分析和界面電場
結果,即使在-30℃,TNO/TNN也能提供較大的可逆容量(241.5 mAh g-1)、卓越的倍率性能(20C時為108.6 mAh g-1),以及令人鼓舞的耐久性(經(jīng)過1000次循環(huán)后保持96%的容量)。
此外,TNO/TNN在25℃的3000次循環(huán)中顯示了可忽略不計的容量衰減。總體而言,這種巧妙的結構設計為構建用于寒冷地區(qū)電網(wǎng)儲能的快充電池的功能電極提供了一個新的方向。
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圖3. 不同倍率和溫度條件下的Li+存儲性能
Phase-junction engineering triggered built-in electric field for fast-charging batteries operated at ?30°C. Matter 2023. DOI: 10.1016/j.matt.2023.03.026

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