成就高功能充电机充电锂氧蓄电池之“会呼吸的木头”资料使用解析
2017-9-30 9:35:28 点击：
【导言】
近年，充电机充电锂氧蓄电池作为新一代储能器材备受重视，通常而言，非水系的充电机充电锂氧蓄电池由金属锂负极、非水系电解质、多孔催化正极这三个重要部分构成。充电机充电锂氧蓄电池中正极的构造至关重要，它直接决定着锂离子传输动力学、电子传导、氧气分散、放电产品的成长等。充电机充电锂氧蓄电池放电进程中，在正极中锂离子逐步与氧气发作反响生成Li2O2固体，无法溶解的Li2O2固体则会将氧气与锂离子的传输通道堵塞而下降正极的活性面积。抱负的正极结构需求包括开孔型大孔与丰厚的微孔，利于氧气的传输和放电产品的堆集，然后可以赋予充电机充电锂氧蓄电池优异的电化学功能。
【成果简介】
近来，美国马里兰大学帕克分校的胡良兵教授(通讯作者)团队在Advanced Energy Materials 上宣布最新研究成果 “Hierarchically Porous, Ultrathick, “Breathable” Wood-Derived Cathode for Lithium-Oxygen Batteries”，该成果榜首作者为宋慧宇副教授，现任职于华南理工大学化学与化工学院。在该文中，研究者从自然界中具有层级多孔结构的木头上取得启发，规划了以“会呼吸”的碳化并活性化的木头为基底，在其多孔微型孔道中负载钌纳米颗粒，构筑了充电机充电锂氧蓄电池正极资料。微型孔道有利于氧气分散传输，其间丰厚多级孔的存在使得正极资料可以被电解质完全滋润，孔道壁上构成的电解质薄层确保了锂离子的快速传输。以碳化活性木头/钌(厚度约700 μm)为正极的充电机充电锂氧蓄电池表现出高的面积比电容(0.1 mA cm-2 电流密度，8.58 mA h cm-2)和优异的充放电循环功能;若添加正极的厚度至3.4 mm，充电机充电锂氧蓄电池的面积比电容将进步至56.0 mA h cm-2。
通过碳化和活化进程的正极坚持了开放和取向的微型孔道，具有多孔孔道的碳化活性木头一方面是利于电子传输的3D集流体，另一方面又是利于钌纳米颗粒负载的高比外表积基底。
碳化活性木头/钌正极的描摹表征
(a)超厚碳化活性木头/钌光学相片;
(b-d)正极外表触摸角表征，电解质溶液与正极外表触摸角为0°;
(e-f)正极外表SEM图;
(g，h)正极横截面SEM图;
(i)正极外表SEM图与元素分布图;
(j)正极横截面SEM图与元素分布图;
(k)正极TEM图显现均匀负载在微型孔道壁上的钌纳米颗粒(<5 nm);
(l)正极TEM图显现钌的(111)晶面。
碳化活性木头/钌正极的透气性和离子电导率表征
(a)自制测验透气性的设备示意图;
(b)干态与湿态正极透气性表征;
(c)湿态正极透气性跟着电解液含量改变曲线;
(d)正极离子电导率测验示意图;
(e)室温下正极的离子电导率与电解液含量联系曲线;
(f)充电机充电锂氧蓄电池在不同电解液用量下的充放电曲线。
以碳化活性木头/钌为正极的充电机充电锂氧蓄电池电化学功能
(a)充电机充电锂氧蓄电池不同电流密度下的充放电曲线;
(b)充电机充电锂氧蓄电池不同循环次数充放电曲线;
(c)充放电终止电压与循环次数的联系曲线;
(d)以超厚(约3.4 mm)的碳化活性木头/钌为正极的充电机充电锂氧蓄电池初次放电曲线。
碳化活性木头/钌正极中放电产品表征
(a)放电时，微型孔道中Li2O2的生成示意图，Li2O2在氧气、锂离子、催化剂触摸的位置逐步生成;
(b，c)初次放电后微型孔道SEM图，在微型孔道中生成了Li2O2;
(d)充电时，微型孔道中Li2O2的消失示意图，Li2O2在新的三相界面处发作分解;
(e，f)充电后微型孔道SEM图，在微型孔道中的Li2O2消失;
(g)初次放电后正极资料XRD表征剖析;
(h)初次放电后正极资料Raman表征剖析。
【小结】
在这项工作中，研究者初次以“会呼吸”的碳化活性木头为基底，在其取向微型孔道中负载尺度小于5 nm的钌纳米颗粒催化剂，进而构筑了三维多孔透气正极资料使用于高功能充电机充电锂氧蓄电池。微型孔道利于氧气的分散，同时也利于锂离子的快速传输;孔道中丰厚均衡的三相反响界面完成了充电机充电锂氧蓄电池的高比电容与优异循环功能。此新式透气木头电极在未来储能器材中具有宽广的使用前景。
近年，充电机充电锂氧蓄电池作为新一代储能器材备受重视，通常而言，非水系的充电机充电锂氧蓄电池由金属锂负极、非水系电解质、多孔催化正极这三个重要部分构成。充电机充电锂氧蓄电池中正极的构造至关重要，它直接决定着锂离子传输动力学、电子传导、氧气分散、放电产品的成长等。充电机充电锂氧蓄电池放电进程中，在正极中锂离子逐步与氧气发作反响生成Li2O2固体，无法溶解的Li2O2固体则会将氧气与锂离子的传输通道堵塞而下降正极的活性面积。抱负的正极结构需求包括开孔型大孔与丰厚的微孔，利于氧气的传输和放电产品的堆集，然后可以赋予充电机充电锂氧蓄电池优异的电化学功能。
【成果简介】
近来，美国马里兰大学帕克分校的胡良兵教授(通讯作者)团队在Advanced Energy Materials 上宣布最新研究成果 “Hierarchically Porous, Ultrathick, “Breathable” Wood-Derived Cathode for Lithium-Oxygen Batteries”，该成果榜首作者为宋慧宇副教授，现任职于华南理工大学化学与化工学院。在该文中，研究者从自然界中具有层级多孔结构的木头上取得启发，规划了以“会呼吸”的碳化并活性化的木头为基底，在其多孔微型孔道中负载钌纳米颗粒，构筑了充电机充电锂氧蓄电池正极资料。微型孔道有利于氧气分散传输，其间丰厚多级孔的存在使得正极资料可以被电解质完全滋润，孔道壁上构成的电解质薄层确保了锂离子的快速传输。以碳化活性木头/钌(厚度约700 μm)为正极的充电机充电锂氧蓄电池表现出高的面积比电容(0.1 mA cm-2 电流密度，8.58 mA h cm-2)和优异的充放电循环功能;若添加正极的厚度至3.4 mm，充电机充电锂氧蓄电池的面积比电容将进步至56.0 mA h cm-2。
【图文导读】
通过碳化和活化进程的正极坚持了开放和取向的微型孔道，具有多孔孔道的碳化活性木头一方面是利于电子传输的3D集流体，另一方面又是利于钌纳米颗粒负载的高比外表积基底。
碳化活性木头/钌正极的描摹表征
(a)超厚碳化活性木头/钌光学相片;
(b-d)正极外表触摸角表征，电解质溶液与正极外表触摸角为0°;
(e-f)正极外表SEM图;
(g，h)正极横截面SEM图;
(i)正极外表SEM图与元素分布图;
(j)正极横截面SEM图与元素分布图;
(k)正极TEM图显现均匀负载在微型孔道壁上的钌纳米颗粒(<5 nm);
(l)正极TEM图显现钌的(111)晶面。
碳化活性木头/钌正极的透气性和离子电导率表征
(a)自制测验透气性的设备示意图;
(b)干态与湿态正极透气性表征;
(c)湿态正极透气性跟着电解液含量改变曲线;
(d)正极离子电导率测验示意图;
(e)室温下正极的离子电导率与电解液含量联系曲线;
(f)充电机充电锂氧蓄电池在不同电解液用量下的充放电曲线。
以碳化活性木头/钌为正极的充电机充电锂氧蓄电池电化学功能
(a)充电机充电锂氧蓄电池不同电流密度下的充放电曲线;
(b)充电机充电锂氧蓄电池不同循环次数充放电曲线;
(c)充放电终止电压与循环次数的联系曲线;
(d)以超厚(约3.4 mm)的碳化活性木头/钌为正极的充电机充电锂氧蓄电池初次放电曲线。
碳化活性木头/钌正极中放电产品表征
(a)放电时，微型孔道中Li2O2的生成示意图，Li2O2在氧气、锂离子、催化剂触摸的位置逐步生成;
(b，c)初次放电后微型孔道SEM图，在微型孔道中生成了Li2O2;
(d)充电时，微型孔道中Li2O2的消失示意图，Li2O2在新的三相界面处发作分解;
(e，f)充电后微型孔道SEM图，在微型孔道中的Li2O2消失;
(g)初次放电后正极资料XRD表征剖析;
(h)初次放电后正极资料Raman表征剖析。
【小结】
在这项工作中，研究者初次以“会呼吸”的碳化活性木头为基底，在其取向微型孔道中负载尺度小于5 nm的钌纳米颗粒催化剂，进而构筑了三维多孔透气正极资料使用于高功能充电机充电锂氧蓄电池。微型孔道利于氧气的分散，同时也利于锂离子的快速传输;孔道中丰厚均衡的三相反响界面完成了充电机充电锂氧蓄电池的高比电容与优异循环功能。此新式透气木头电极在未来储能器材中具有宽广的使用前景。
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