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做座山科大林孟昌杜惠平等ACSAMI开发出一

发布时间:2021-10-09 05:29:35 阅读: 来源:工具柜厂家

山科大林孟昌/杜惠平等《ACS AMI》:开发出一种可制备高性能铝-石墨电池的低成本凝胶聚合物电解质

由于铝金属具有资源丰富、比容量高以及成本低等优势,因此铝电池成为多价态金属电池的研究热点。但目前可充电铝电池主流电解质(AlCl3基离子液体)面临的一些关键的问题,如水分敏感性、电解液泄露和腐蚀等阻碍了铝电池的发展。

山东科技大学林孟昌、杜惠平等利用低成本AlCl3/Et3NHCl(Et3NHCl:三乙胺盐酸盐)离子5 %液体与聚酰胺的凝胶化作用,通过简单的混合方法制备了新型凝胶聚合物电解质。该凝胶聚合物电解质在室温条件下表现出较高的离子电导率(3.86 S cm-1)、宽电化学窗口(2.6 V vs. Al)及长期界面稳定性。另外,与离子液体相比,该凝胶聚合物电解质表现出较低的水分敏感性和腐蚀性。采用该凝胶聚合物电解质组装的铝-石墨电池表现出较好的倍率性能、较长的循环性能以及优异的抑制自放电性能。该工作以“Low-Cost Gel Polymer Electrolyte for High-Performance Aluminum-Ion Batteries”为题,发表于《ACS Applied Materials Interfaces》期刊。

1.凝胶电解质基本性质

图1.(a)上部分为AlCl3/Et3NHCl(AT)离子液体,下部分为AT基凝胶;

(b)AT基离子液体与d凝胶拉曼图谱

该凝胶聚合物电解质制备方法简单,只需将离子液体与聚酰胺混合,进行简单的加热搅拌即制备了四种不同比例的AlCl3/Et3NHCl的凝梁效礼在发表有关汽车发动机尼龙零件的演讲后胶聚合物电解质。从拉曼图谱可以看出凝胶与离子液体的有效成分是一样的,均为Al2Cl7-和AlCl4-阴离子,这说明不同凝胶电解质均可应用于铝离子电池。

3.3 等级2.凝胶电解质的电化学性能以及电池性能

图2.(a)不同凝胶聚合物电解质用于铝-石墨电池的倍率性能;(b)使用AT1.7 PA凝胶电解质的铝-石墨电池在不同电流密度下的充放电曲线;AT1.7 PA电解质的(c)LSV曲线;(d)离子电导率;(e)恒流极化曲线;(f)使用AT1.7 PA凝胶电解质的铝-石墨电池的长循环性能

通过对比不同凝胶聚合物电解质用于铝-石墨电池的倍率性能,可以看出AT1.7 PA电解质在比容量、库伦效率等方面均表现出优异的性能。因此本文着重对AT1.7 PA电解质进行研究。从AT1.7与AT1.7 PA的LSV曲线可以看出,AT1.7 PA具有与AT1.7相当的电化学窗口;凝胶的VTF方程拟合显示出较低的离子传输能量势垒;凝胶在3800个小时的恒流极化中表现出稳定的极化电压,说明界面较稳定。采用该凝胶电解质组装的铝-石墨电池室温条件下稳定循环2000圈,优于之前文献报道的凝胶铝-石墨电池的性能。

3.采用凝胶电解质的铝-石墨电池工作机理

图3.采用凝胶电解质的铝-石墨电池的(a)原位XRD图谱;(b)充放电曲线;(c)原位Raman图谱

从电池原位XRD图谱及原位Raman图谱可以看出,在正极发生的是嵌入反应,与文献中报道的离子液体铝-石墨电池反应一致。

4.凝胶电解质的功能性

图1.7与AT1.7 PA分别暴露在空气中10分钟后(a)沉积溶解铝的CV曲线;(b)组装铝-石墨电池的循环性能

从CV曲线可以看出,AT1.7暴露于空气后,失去电化学活性,不能沉积溶解铝,而AT1.7 PA则表现出正常的沉积溶解铝的性能;将两种电解质分别组装铝石-墨电池,AT1.7在暴露于空气后组装的电池几乎没有容量,而AT1.7 PA仍然可以正常充放电,说明AT1.7 PA具有低水分敏感性。

图5.(a)AT1.7 PA与(b)AT1.7组装纽扣铝-石墨电池的循环性能

图6.(a)AT1.7 PA与(b)AT1.7组装纽扣铝-石墨电池循环后的电池壳照片

可以看出AT1.7 PA所组装的纽扣铝-石墨电池可以正常充放电循环,而AT1.7组装的纽扣铝-石墨电池在几个循环后则不能充放电。分别将纽扣电池拆开,可以看出,使用AT1.7 PA的纽扣电池几乎没有腐蚀痕迹,而使用AT1.7的纽扣电池腐蚀较为严重,可见凝胶能够抑制漏液腐蚀。

图7.使用AT1.7与AT1.7 PA 电解质铝/石墨电池自放电性能对比

将AT1.7与AT1.7 PA电解质分别组装铝-石墨电池并将其充满电,搁置100个小时后,使用两种电解质的铝-石墨电池开路电压分别衰减到1.84 V和2.15 V。该凝胶还具有抑制铝离子电池自放电的性能。

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