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他，曾破格晉升教授，現(xiàn)任985高校院長(zhǎng)，新發(fā)JACS：打造無(wú)枝晶鋰負(fù)極！

研究概述

不穩(wěn)定的鋰（Li）/電解液界面導(dǎo)致循環(huán)效率低下和鋰枝晶生長(zhǎng)不受控制，嚴(yán)重阻礙了鋰金屬電池（LMBs）的實(shí)際應(yīng)用，特別是在碳酸酯電解液中。

基于此，2024年10月30日，西安交通大學(xué)丁書(shū)江教授、新加坡國(guó)立大學(xué)林志群教授在國(guó)際期刊Journal of the American Chemical Society發(fā)表題為《Li⁺ Ion-Dipole Interaction-Enabled a Dynamic Supramolecular Elastomer Interface Layer for Dendrite-Free Lithium Metal Anodes》的研究論文。

在此，研究人員提出了一種利用動(dòng)態(tài)超分子彈性體（DSE）界面層的穩(wěn)健方法，該界面層能夠與Li金屬還原，自發(fā)形成強(qiáng)Li⁺離子-偶極相互作用，從而增強(qiáng)碳酸酯電解液中的界面穩(wěn)定性。

DSE結(jié)構(gòu)中的軟相通過(guò)松散配位的Li⁺-O相互作用實(shí)現(xiàn)快速Li⁺傳輸，而富含電負(fù)性親鋰位點(diǎn)的硬相則促進(jìn)生成快速離子導(dǎo)電的固體電解質(zhì)界面組分，包括Li₃N和Li₂S。

此外，由軟相和硬相組成的動(dòng)態(tài)彈性DSE網(wǎng)絡(luò)保護(hù)鋰負(fù)極免受電解液腐蝕，并適應(yīng)循環(huán)過(guò)程中的體積變化。

DSE層的所有特征協(xié)同促進(jìn)了均勻的Li⁺沉積，并抑制了鋰枝晶傳播，確保了穩(wěn)定無(wú)枝晶的鋰負(fù)極。

因此，含有DSE層的對(duì)稱Li||Li電池在1 mA cm^–2和1 mA h cm^–2條件下實(shí)現(xiàn)了超過(guò)6000小時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，將DSE/Li負(fù)極與LiFePO₄（LFP）或高電壓LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811）正極配對(duì)的全電池即使在有限鋰（40 μm）和超高負(fù)載NMC811正極（21.5 mg cm^–2）的限制條件下也顯示出高效的Li沉積和循環(huán)穩(wěn)定性。

這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了離子-偶極相互作用的DSE網(wǎng)絡(luò)在開(kāi)發(fā)穩(wěn)定的高能量密度LMBs中的有效性。

圖文解讀

圖1：裸鋰和DSE/Li負(fù)極的電化學(xué)性能表征

圖2：DSE層穩(wěn)定鋰負(fù)極的機(jī)理

圖3：鋰電池的電化學(xué)循環(huán)性能

文獻(xiàn)信息

Li⁺ Ion-Dipole Interaction-Enabled a Dynamic Supramolecular Elastomer Interface Layer for Dendrite-Free Lithium Metal Anodes,?Journal of the American Chemical Society,?2024.?

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