材料學院陳宏偉課題組在Advanced Energy Materials發表研究成果

作者:雷水清      單位:材料科學與工程學院 發布時間:2020-05-14

    近日,材料科學與工程學院陳宏偉博士課題組在Advanced Energy Materials期刊上發表題為“Building LithiophilicIon-Conduction Highways on Garnet-Type Solid-State Li+ Conductors”的研究論文。Advanced Energy Materials是Wiley出版社旗下的學術期刊(2019年影響因子:24.884),在能源材料領域具有重要影響力。

    近年來,全固態儲能電池因其高安全性和高能量密度而受到廣泛關注。將固態電解質(SolidState Electrolytes, SSEs)集成到全固態電池中仍是一個挑戰,這主要受限于固態電解質/電極的界面存在較高的界面阻抗。目前領域內一般是通過在電解質和電極之間引入了中間界面層來降低高阻抗,包括Al2O3, Si, polymers等。但目前的界面修飾層仍不能完全滿足全固態電池快速充電/放電,從而限制了電池在高功率密度工作條件下的實際應用。

    陳宏偉課題組的研究論文報道了共價有機框架材料(Covalent Organics Frameworks,簡稱 COFs)可用于修飾無機固態電解質LLZTO和鋰金屬負極的界面,從而顯著提高此類全固態電池在高電流密度下的電化學性能。通過在LLZTO表面預先生長帶有磺酸基團的COFs薄膜,并通過熔融鋰化的過程實現COFs的均勻鋰化。實驗表明,此界面層不僅提高了固態電解質與鋰金屬的浸潤性,并且可以在電解質與鋰金屬之間構筑出快速有效的Li+擴散路徑。

(a)有/無COFs修飾的固態電解質與熔融鋰的浸潤性。(b)有COFs修飾層的固態電解質與熔融鋰的良好接觸。(c)電化學阻抗譜對比。 

    相關電化學測試結果表明,具有COFs修飾層的固態對稱鋰電池的界面阻抗顯著降低,對稱電池可以在大于1mA/cm2的高電流密度下工作。采用LiFePO4作為正極,鋰金屬為負極,COFs修飾的LLZTO為電解質所組裝的全電池表現出良好的倍率性能與循環穩定性。這一工作為實現高功率固態電池的設計提供了思路。

(a)有/無COFs修飾層的對稱鋰金屬電池的循環性能對比。(b)有COFs修飾層的全電池的倍率性能及(c)循環性能。 

    該研究工作主要由材料科學與工程學院2018級研究生程章元、謝茂玲、趙拯等共同完成,2016級應用化學系本科生歐劍鑫在前期工作中作出重要貢獻。該工作得到了國家自然科學基金、福建省自然科學基金杰出青年項目及中科院蘇州納米所NANO-X的大力支持。  

    論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201904230

 

(編輯:吳江輝)

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