我院在新型電池領(lǐng)域發(fā)表高水平研究成果
近日，我院吳興隆教授課題組在國際著名學術(shù)期刊Advanced Materials (2018, 10.1002/adma.201804766)上發(fā)表了題為“Highly Improved Cycling Stability of Anion De-/Intercalation in the Graphite Cathode for Dual-Ion Batteries”的研究論文，成功設(shè)計了一個新的表界面修飾策略，通過構(gòu)筑固體電解質(zhì)界面膜（solid electrolyte interface, SEI）有效地保護了石墨正極，緩解了陰離子脫嵌過程中的不穩(wěn)定化效應(yīng)和電解質(zhì)分解沉積，極大限度地提升了雙離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和庫倫效率。這項研究成果提出了一條提升雙離子電池（dual-ion battery）電化學性能的新途徑，將促進DIB的發(fā)展和實用化。該論文的第一作者為吳興隆教授指導(dǎo)的碩士研究生李文灝。
由于地球上金屬資源的含量有限，嚴重制約了金屬離子作為單電荷載體的二次電池的發(fā)展。盡管超級電容器可以同時利用電解質(zhì)中的陰陽離子，但在電極/電解質(zhì)界面處發(fā)生的吸脫附/法拉第反應(yīng)儲能的能量密度較低，遠遠不能滿足高儲能容量的需求。以石墨為正極的DIB（其工作機理如圖1所示），具有近5V的工作電位，可實現(xiàn)更高的能量密度。但這類電池具有嚴重的電解質(zhì)分解和石墨正極剝落等嚴重問題，導(dǎo)致其循環(huán)壽命和庫倫效率較差。本研究工作中，對石墨電極進行SEI改性修飾，有效地提升了DIB循環(huán)性能和提高了其庫倫效率。如圖2所示，在上截止電壓5.0 V和200 mA g-1的電流密度下，循環(huán)500次后，仍表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和96%以上的容量保持率，與原始石墨正極相比，得到了極大的改善。通過非原位研究發(fā)現(xiàn)，人造SEI在電化學過程中重構(gòu)后，不僅可以抑制石墨正極表面的電解質(zhì)分解，還可減輕陰離子的溶劑化效應(yīng)，有效穩(wěn)定了石墨正極/電解質(zhì)的界面，逐步建立了最佳的陰離子傳輸路徑和石墨負極的保護層。
圖2. (a, b) 5.0 V (a)和4.9 V (b)的上截止電壓和200 mA g-1的電流密度下，Li//SMG和Li//UMG的循環(huán)性能圖；(c, d) 在5.0 V (c)和4.9 V (d)的上截止電壓和200 mA g-1的電流密度下，不同循環(huán)圈數(shù)時Li//SMG和Li//UMG的充放電曲線圖。
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