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江蘇大學(xué)Jianning Ding課題組--氧化石墨烯氣凝膠泡沫構(gòu)建的用于鋰電池的全固態(tài)電解質(zhì)膜

隨著電動汽車及產(chǎn)品的發(fā)展，固態(tài)電解質(zhì)鋰金屬電池已展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，鋰的不均勻沉積、低離子電導(dǎo)率、窄電化學(xué)窗口和高界面阻抗限制了固態(tài)電池的安全性和性能。在此，研究人員開發(fā)了一種用聚環(huán)氧乙烷 (GSPE) 填充石墨烯的氧化物氣凝膠框架的非陶瓷固體電解質(zhì)。由此產(chǎn)生的均勻而有彈性的骨架結(jié)構(gòu)形成了連續(xù)的鋰離子吸附區(qū)，在保證界面處離子電流分布均勻的同時獲得了較高的離子電導(dǎo)率，有效防止了鋰的不均勻沉積，從而大大提高了電池的穩(wěn)定性。電化學(xué)測試表明，GSPE在50℃時的離子電導(dǎo)率為4.12×10^-⁴ S cm^-¹ ，組裝的LiFePO₄ (LFP) |GSPE| 鋰電池在0.1C下可穩(wěn)定循環(huán)100次以上，對稱鋰電池在0.1mA cm^-2下可連續(xù)電鍍-剝離600小時以上。利用碳氣凝膠結(jié)構(gòu)實現(xiàn)鋰離子均勻沉積的方法為全固態(tài)電池探索了一個新的可能研究方向。

圖 1. GSPE 電解液制備過程示意圖。

圖 2. (a,b) 純 PEO 電解質(zhì)表面形態(tài)。(c,d) 含有 10% GO 的電解質(zhì)形態(tài)。（e，f）未填充的 PEO 電解質(zhì)的 GO 網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。(g,h) GSPE 的剖面圖。

圖 3. (a) 鋰離子在 PEO 晶體區(qū)遷移的示意圖。(b) 鋰離子在 PEO 非晶區(qū)遷移的示意圖。(c) 不同 GO 內(nèi)容的 Arrhenius 圖。(d) 在 20、30、40 和 50 ℃ 下GSPE 與 10% GO 的EIS 圖。(e) GSPE 在第 1 天、第 15 天、第 30 天和第 45 天的 EIS 圖。

圖 4. (a) GSPE 的穩(wěn)態(tài)極化曲線，插圖為極化前后的 EIS 圖。(b) GSPE 的線性掃描曲線。

圖 5. (a-c) 用商業(yè)電解質(zhì)、純 PEO 基和 GSPE 基電池組裝的電池電鍍鋰和沉積后負極的表面形貌。(d) 基于純 PEO 和 GSPE 鋰電鍍剝離曲線的對稱電池。

圖 7. (a,b) GSPE 和 PEO 電池在 50 和 25℃下的循環(huán)性能。(c,d) GSPE 和 PEO 電池在 50 和 25℃下的倍率性能。

相關(guān)研究工作由江蘇大學(xué)Jianning Ding課題組于2022年發(fā)表在《Langmuir》上（https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c03432）原文：Graphene Oxide Aerogel Foam Constructed All-Solid Electrolyte Membranes for Lithium Batteries。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號



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