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第一作者：Xinpeng Han

通訊作者：孫潔，李泓

通訊單位：天津大學，中國科學院物理研究所

論文速覽

快充電池備受追捧。然而，當前電池行業普遍使用碳作為負極材料，這在高電流密度下容易形成枝晶，導致循環后性能下降并存在安全隱患。磷(P)基負極因其安全的鋰化潛力、低離子擴散能量障礙和高理論儲能容量而被視為石墨的理想替代品。

自2019年以來，快充磷基負極實現了極端快速充電(XFC)的目標，即在10分鐘內充電可實現超過80%的容量保持率。使用磷基負極的可充電電池技術，結合高容量轉化型正極或高電壓插入型正極，因此受到了學術界和工業界的廣泛關注。

盡管如此，高性能和快充磷基電池配置的范圍仍然相當有限。本文首先系統地審視了快充磷基負極面臨的四大挑戰，包括循環過程中的體積變化、電極界面不穩定性、多磷化物的溶解以及長期的P/電解液副反應。

接著，本文總結了一系列策略，這些策略有潛力規避這些挑戰，并合理控制磷負極的電化學反應過程。還考慮了粘結劑和電極結構。還提出了其他剩余問題及相應的改進和理解快充磷負極的策略。

最后，研究者回顧并討論了基于磷負極的現有全電池配置，并根據電池近期發展的軌跡，預測了回收使用過的磷基全電池的潛在可行性。希望這篇綜述能為磷科學和工程提供一個新的視角，以實現快速充電的能量存儲設備。

圖文導讀

圖1：中國預測的總電力消耗和電動汽車電力消耗的增長趨勢。

圖2：基于磷的負極系統的最大功率密度。

圖3：匯總了文獻研究中關于充電獲得的比能量與充電時間的關系，以及在特定充電條件下的循環壽命。

圖4：各種負極（石墨、硅和磷）在LIBs中的出版物數量和磷負極在已發布文獻/專利中的比例。

圖5：不同負極材料的鋰離子擴散障礙。展示了不同負極和正極的理論重量能量密度和體積能量密度。

圖6：不同負極（石墨、硅和磷）在LIBs中的出版物數量。

總結展望

快充技術是電動汽車普及的關鍵，而磷基負極因其高理論容量和快速的離子擴散速率顯示出巨大的潛力。盡管存在諸如體積變化大、電子導電性低、電解液界面不穩定等挑戰，通過創新的材料設計和工程策略，如空間限制、界面加強、物理障礙和化學吸附以及溶劑化鞘的調控，可以有效提高磷基負極的性能。

此外，粘結劑和電極結構的優化也是提升快速充電性能的重要方向。未來的研究需要進一步探索和解決磷基負極的電化學機制，以及開發更安全、更高效的電解液系統，以實現快速充電電池的商業化和可持續發展。

文獻信息

標題：Fast-Charging Phosphorus-Based Anodes: Promises, Challenges, and Pathways for Improvement

期刊：Chemical Reviews

DOI：10.1021/acs.chemrev.3c00646

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