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2022-04-07
顆粒在線訊：基于鋰、鈉、鉀負(fù)極和硫基正極的堿金屬電池因其理論能量高和潛在的成本效益而被認(rèn)為是極有前景的下一代儲(chǔ)能技術(shù)。然而，金屬?硫電池仍然受到幾個(gè)因素的挑戰(zhàn)，包括多硫化物（PSs）的溶解，正極緩慢的硫氧化還原動(dòng)力學(xué)，以及不可控的負(fù)極金屬枝晶生長(zhǎng)。功能隔膜和中間層是彌補(bǔ)這些缺陷的一種新策略。近日，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Hongchang Hao，David Mitlin對(duì)用于正極和負(fù)極保護(hù)的隔膜/中間層的最新技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，包括Li?S和新興的Na?S和K?S電池。
本文要點(diǎn)：
1）作者提出了改善電化學(xué)性能的方法包括：i）固定化多硫化物（正極）；ii）催化硫氧化還原動(dòng)力學(xué)（正極）；iii）引入保護(hù)層作為人造固體電解質(zhì)界面（SEI）（負(fù)極）；iv）以及綜合改善電解質(zhì)潤(rùn)濕和離子通量的均化（負(fù)極和正極）。雖然Li?S的研究進(jìn)展比較成熟，但Na?S和K?S的進(jìn)展較小，這是由于正極上的氧化還原化學(xué)更具挑戰(zhàn)性和陽(yáng)極上的電化學(xué)不穩(wěn)定性增加所致。
2）作者對(duì)基于金屬?硒和金屬?硒硫化物的新興堿金屬系統(tǒng)的功能隔膜進(jìn)行了總結(jié)。然后將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到金屬?硫固態(tài)電池(SSBs)中用于穩(wěn)定固態(tài)電解液(SSE)的中間層和人造SEI/正極電解液界面層。SSEs主要集中在基于Li和Na基氧化物和硫化物的無(wú)機(jī)電解質(zhì)上，但也涉及到一些具有無(wú)機(jī)基質(zhì)和少數(shù)聚合物相的雜化體系。
3）作者最后總結(jié)了新興的光譜學(xué)和先進(jìn)的電子顯微鏡（例如，冷凍電鏡（cryo-TEM）和低溫聚焦離子束（cryo-FIB）），用于分析功能隔膜結(jié)構(gòu)?電池電化學(xué)性能的相互關(guān)系。此外，指出了仍未解決的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)為其未來(lái)的研究主題提供了一些建議。
文章鏈接：
Hongchang Hao, et al, Review of Multifunctional Separators: Stabilizing the Cathode and the Anode for Alkali (Li, Na, and K) Metal?Sulfur and Selenium Batteries, Chem. Rev., 2022
DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00838
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00838
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