成就高功能充電機(jī)充電鋰氧蓄電池之“會(huì)呼吸的木頭”資料使用解析
2017-9-30 9:35:28??????點(diǎn)擊：
【導(dǎo)言】
近年，充電機(jī)充電鋰氧蓄電池作為新一代儲(chǔ)能器材備受重視，通常而言，非水系的充電機(jī)充電鋰氧蓄電池由金屬鋰負(fù)極、非水系電解質(zhì)、多孔催化正極這三個(gè)重要部分構(gòu)成。充電機(jī)充電鋰氧蓄電池中正極的構(gòu)造至關(guān)重要，它直接決定著鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)、電子傳導(dǎo)、氧氣分散、放電產(chǎn)品的成長等。充電機(jī)充電鋰氧蓄電池放電進(jìn)程中，在正極中鋰離子逐步與氧氣發(fā)作反響生成Li2O2固體，無法溶解的Li2O2固體則會(huì)將氧氣與鋰離子的傳輸通道堵塞而下降正極的活性面積。抱負(fù)的正極結(jié)構(gòu)需求包括開孔型大孔與豐厚的微孔，利于氧氣的傳輸和放電產(chǎn)品的堆集，然后可以賦予充電機(jī)充電鋰氧蓄電池優(yōu)異的電化學(xué)功能。
【成果簡介】
近來，美國馬里蘭大學(xué)帕克分校的胡良兵教授(通訊作者)團(tuán)隊(duì)在Advanced Energy Materials 上宣布最新研究成果 “Hierarchically Porous, Ultrathick, “Breathable” Wood-Derived Cathode for Lithium-Oxygen Batteries”，該成果榜首作者為宋慧宇副教授，現(xiàn)任職于華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院。在該文中，研究者從自然界中具有層級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的木頭上取得啟發(fā)，規(guī)劃了以“會(huì)呼吸”的碳化并活性化的木頭為基底，在其多孔微型孔道中負(fù)載釕納米顆粒，構(gòu)筑了充電機(jī)充電鋰氧蓄電池正極資料。微型孔道有利于氧氣分散傳輸，其間豐厚多級(jí)孔的存在使得正極資料可以被電解質(zhì)完全滋潤，孔道壁上構(gòu)成的電解質(zhì)薄層確保了鋰離子的快速傳輸。以碳化活性木頭/釕(厚度約700 μm)為正極的充電機(jī)充電鋰氧蓄電池表現(xiàn)出高的面積比電容(0.1 mA cm-2 電流密度，8.58 mA h cm-2)和優(yōu)異的充放電循環(huán)功能;若添加正極的厚度至3.4 mm，充電機(jī)充電鋰氧蓄電池的面積比電容將進(jìn)步至56.0 mA h cm-2。
通過碳化和活化進(jìn)程的正極堅(jiān)持了開放和取向的微型孔道，具有多孔孔道的碳化活性木頭一方面是利于電子傳輸?shù)?D集流體，另一方面又是利于釕納米顆粒負(fù)載的高比外表積基底。
碳化活性木頭/釕正極的描摹表征
(a)超厚碳化活性木頭/釕光學(xué)相片;
(b-d)正極外表觸摸角表征，電解質(zhì)溶液與正極外表觸摸角為0°;
(e-f)正極外表SEM圖;
(g，h)正極橫截面SEM圖;
(i)正極外表SEM圖與元素分布圖;
(j)正極橫截面SEM圖與元素分布圖;
(k)正極TEM圖顯現(xiàn)均勻負(fù)載在微型孔道壁上的釕納米顆粒(<5 nm);
(l)正極TEM圖顯現(xiàn)釕的(111)晶面。
碳化活性木頭/釕正極的透氣性和離子電導(dǎo)率表征
(a)自制測驗(yàn)透氣性的設(shè)備示意圖;
(b)干態(tài)與濕態(tài)正極透氣性表征;
(c)濕態(tài)正極透氣性跟著電解液含量改變曲線;
(d)正極離子電導(dǎo)率測驗(yàn)示意圖;
(e)室溫下正極的離子電導(dǎo)率與電解液含量聯(lián)系曲線;
(f)充電機(jī)充電鋰氧蓄電池在不同電解液用量下的充放電曲線。
以碳化活性木頭/釕為正極的充電機(jī)充電鋰氧蓄電池電化學(xué)功能
(a)充電機(jī)充電鋰氧蓄電池不同電流密度下的充放電曲線;
(b)充電機(jī)充電鋰氧蓄電池不同循環(huán)次數(shù)充放電曲線;
(c)充放電終止電壓與循環(huán)次數(shù)的聯(lián)系曲線;
(d)以超厚(約3.4 mm)的碳化活性木頭/釕為正極的充電機(jī)充電鋰氧蓄電池初次放電曲線。
碳化活性木頭/釕正極中放電產(chǎn)品表征
(a)放電時(shí)，微型孔道中Li2O2的生成示意圖，Li2O2在氧氣、鋰離子、催化劑觸摸的位置逐步生成;
(b，c)初次放電后微型孔道SEM圖，在微型孔道中生成了Li2O2;
(d)充電時(shí)，微型孔道中Li2O2的消失示意圖，Li2O2在新的三相界面處發(fā)作分解;
(e，f)充電后微型孔道SEM圖，在微型孔道中的Li2O2消失;
(g)初次放電后正極資料XRD表征剖析;
(h)初次放電后正極資料Raman表征剖析。
【小結(jié)】
在這項(xiàng)工作中，研究者初次以“會(huì)呼吸”的碳化活性木頭為基底，在其取向微型孔道中負(fù)載尺度小于5 nm的釕納米顆粒催化劑，進(jìn)而構(gòu)筑了三維多孔透氣正極資料使用于高功能充電機(jī)充電鋰氧蓄電池。微型孔道利于氧氣的分散，同時(shí)也利于鋰離子的快速傳輸;孔道中豐厚均衡的三相反響界面完成了充電機(jī)充電鋰氧蓄電池的高比電容與優(yōu)異循環(huán)功能。此新式透氣木頭電極在未來儲(chǔ)能器材中具有寬廣的使用前景。
近年，充電機(jī)充電鋰氧蓄電池作為新一代儲(chǔ)能器材備受重視，通常而言，非水系的充電機(jī)充電鋰氧蓄電池由金屬鋰負(fù)極、非水系電解質(zhì)、多孔催化正極這三個(gè)重要部分構(gòu)成。充電機(jī)充電鋰氧蓄電池中正極的構(gòu)造至關(guān)重要，它直接決定著鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)、電子傳導(dǎo)、氧氣分散、放電產(chǎn)品的成長等。充電機(jī)充電鋰氧蓄電池放電進(jìn)程中，在正極中鋰離子逐步與氧氣發(fā)作反響生成Li2O2固體，無法溶解的Li2O2固體則會(huì)將氧氣與鋰離子的傳輸通道堵塞而下降正極的活性面積。抱負(fù)的正極結(jié)構(gòu)需求包括開孔型大孔與豐厚的微孔，利于氧氣的傳輸和放電產(chǎn)品的堆集，然后可以賦予充電機(jī)充電鋰氧蓄電池優(yōu)異的電化學(xué)功能。
【成果簡介】
近來，美國馬里蘭大學(xué)帕克分校的胡良兵教授(通訊作者)團(tuán)隊(duì)在Advanced Energy Materials 上宣布最新研究成果 “Hierarchically Porous, Ultrathick, “Breathable” Wood-Derived Cathode for Lithium-Oxygen Batteries”，該成果榜首作者為宋慧宇副教授，現(xiàn)任職于華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院。在該文中，研究者從自然界中具有層級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的木頭上取得啟發(fā)，規(guī)劃了以“會(huì)呼吸”的碳化并活性化的木頭為基底，在其多孔微型孔道中負(fù)載釕納米顆粒，構(gòu)筑了充電機(jī)充電鋰氧蓄電池正極資料。微型孔道有利于氧氣分散傳輸，其間豐厚多級(jí)孔的存在使得正極資料可以被電解質(zhì)完全滋潤，孔道壁上構(gòu)成的電解質(zhì)薄層確保了鋰離子的快速傳輸。以碳化活性木頭/釕(厚度約700 μm)為正極的充電機(jī)充電鋰氧蓄電池表現(xiàn)出高的面積比電容(0.1 mA cm-2 電流密度，8.58 mA h cm-2)和優(yōu)異的充放電循環(huán)功能;若添加正極的厚度至3.4 mm，充電機(jī)充電鋰氧蓄電池的面積比電容將進(jìn)步至56.0 mA h cm-2。
【圖文導(dǎo)讀】
通過碳化和活化進(jìn)程的正極堅(jiān)持了開放和取向的微型孔道，具有多孔孔道的碳化活性木頭一方面是利于電子傳輸?shù)?D集流體，另一方面又是利于釕納米顆粒負(fù)載的高比外表積基底。
碳化活性木頭/釕正極的描摹表征
(a)超厚碳化活性木頭/釕光學(xué)相片;
(b-d)正極外表觸摸角表征，電解質(zhì)溶液與正極外表觸摸角為0°;
(e-f)正極外表SEM圖;
(g，h)正極橫截面SEM圖;
(i)正極外表SEM圖與元素分布圖;
(j)正極橫截面SEM圖與元素分布圖;
(k)正極TEM圖顯現(xiàn)均勻負(fù)載在微型孔道壁上的釕納米顆粒(<5 nm);
(l)正極TEM圖顯現(xiàn)釕的(111)晶面。
碳化活性木頭/釕正極的透氣性和離子電導(dǎo)率表征
(a)自制測驗(yàn)透氣性的設(shè)備示意圖;
(b)干態(tài)與濕態(tài)正極透氣性表征;
(c)濕態(tài)正極透氣性跟著電解液含量改變曲線;
(d)正極離子電導(dǎo)率測驗(yàn)示意圖;
(e)室溫下正極的離子電導(dǎo)率與電解液含量聯(lián)系曲線;
(f)充電機(jī)充電鋰氧蓄電池在不同電解液用量下的充放電曲線。
以碳化活性木頭/釕為正極的充電機(jī)充電鋰氧蓄電池電化學(xué)功能
(a)充電機(jī)充電鋰氧蓄電池不同電流密度下的充放電曲線;
(b)充電機(jī)充電鋰氧蓄電池不同循環(huán)次數(shù)充放電曲線;
(c)充放電終止電壓與循環(huán)次數(shù)的聯(lián)系曲線;
(d)以超厚(約3.4 mm)的碳化活性木頭/釕為正極的充電機(jī)充電鋰氧蓄電池初次放電曲線。
碳化活性木頭/釕正極中放電產(chǎn)品表征
(a)放電時(shí)，微型孔道中Li2O2的生成示意圖，Li2O2在氧氣、鋰離子、催化劑觸摸的位置逐步生成;
(b，c)初次放電后微型孔道SEM圖，在微型孔道中生成了Li2O2;
(d)充電時(shí)，微型孔道中Li2O2的消失示意圖，Li2O2在新的三相界面處發(fā)作分解;
(e，f)充電后微型孔道SEM圖，在微型孔道中的Li2O2消失;
(g)初次放電后正極資料XRD表征剖析;
(h)初次放電后正極資料Raman表征剖析。
【小結(jié)】
在這項(xiàng)工作中，研究者初次以“會(huì)呼吸”的碳化活性木頭為基底，在其取向微型孔道中負(fù)載尺度小于5 nm的釕納米顆粒催化劑，進(jìn)而構(gòu)筑了三維多孔透氣正極資料使用于高功能充電機(jī)充電鋰氧蓄電池。微型孔道利于氧氣的分散，同時(shí)也利于鋰離子的快速傳輸;孔道中豐厚均衡的三相反響界面完成了充電機(jī)充電鋰氧蓄電池的高比電容與優(yōu)異循環(huán)功能。此新式透氣木頭電極在未來儲(chǔ)能器材中具有寬廣的使用前景。
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