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南開大學Xue-Ping Gao 聯合Sheng Liu課題組--在紅磷上工程化固態電解質界面用于長期和高容量鈉存儲

在這項工作中,將原位與非原位策略協同以調制活性材料的界面,使固態電解質界面(SEI)具有出色的機械性能,以至于在界面附近形成亥姆霍茲區域。無定型TiO2作為保護層,與氟碳酸亞乙酯添加劑的還原產物(即NaF)有著強烈的相互作用,增強了SEI與電極材料的粘結作用。在活性材料的體積膨脹時,SEI流失現象被大量抑制。此外,通過NaF與有機成分的結合,SEI的韌性顯著提高。將這種協同策略引入紅磷/碳納米管復合材料時,該雙層結構其內部主要包含無機物而外部則主要為有機物,組成了一種薄的,均勻,堅固的SEI膜,還具有高離子電導率可用于超穩定鈉儲存。這種用于SEI組件和結構工程設計的通用方法對SEI化學提出了新見解,并且可以擴展為解決其他可充電電池的大多數界面或SEI問題。

Figure 1. SP/CNT@TiO2的(aSEM圖,(b-cTEM圖,(dHRTEM圖,(eEDS元素漫譜圖,(fSP/CNT@TiO2, SP/CNT, 紅磷 CNTXRD圖,(gSP/CNT@TiO2 SP/CNTXPS譜,(h) O 1s高分辨XPS譜。  

Figure 2. SP/CNT@TiO2  SP/CNT陽極的電化學性能表征。ab SP/CNT SP/CNT@TiO2 在掃速為0.1 mV s-1時的第三圈CV曲線,(cSP/CNT@TiO2在不同掃描圈數下的充放電曲線,(d)比電容和庫倫效率,(e)長時間的循環穩定性測試(循環1000圈),(f)倍率性能比較, SP/CNT SP/CNT@TiO2 在(g)放電和(h)充電期間的Na離子擴散系數比較。

Figure 3.a)第一圈放電曲線和(b)不同掃描圈數時的EIS譜,(c-dSP/CNT SP/CNT@TiO2電極在循環前的橫截面圖,(e-f)在第10次脫鈉后的橫截面SEM圖,(g-h)在第10次脫鈉后的俯視SEM圖。

Figure 4. 不同SEI層的組成成分分析。(a)三種元素(C1s, O1s,  F1s)的高分辨XPS圖譜,(b)來源于三種元素(C1s, O1s,  F1s)不同峰的信號相對含量,(cSP/CNT SP/CNT@TiO2電極在10圈以后的FT-IR分析,(dSEI的不同組分示意圖及其在鈉儲存系統中的貢獻。

Figure 5.在體積膨脹時,有/無非晶TiO2保護層情況下的SEI薄膜演變過程

?該研究工作由南開大學Xue-Ping Gao 聯合Sheng Liu課題組于2019發表在ACS Applied Energy Materials期刊上。原文Engineering Solid Electrolyte Interphase on Red Phosphorus for Long-Term and High-Capacity Sodium StorageDOI: 10.1021/acs.chemmater.9b04043

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