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工学院郭少军课题组提出“蚁穴”结构固态电解质抑制锂枝晶新方法

2017-06-19  1264

 

近日,能源和环境科学领域国际顶级刊物《Energy & Environmental Science》(影响因子=29.518)刊登了北京大学工学院郭少军课题组和北京理工大学陈人杰课题组(共同通讯)的论文“Biomimetic ant-nest ionogel electrolyte boosts the performance of dendrite-free lithium batteries”。


图1 蚁穴离子凝胶电解质中Li+传输通道示意图

金属锂电池是最有希望的下一代高能量密度的电化学储存设备之一。然而,金属锂负极在反复充/放电过程中易产生不可控的锂枝晶,从而刺穿隔膜,导致循环寿命短和严重的安全问题。此外,金属锂负极在实际应用还存在库伦效率低的问题。对电解质进行合理的设计,可以有效解决这些关键问题。


图2 a 自然界中蚁穴的照片;b 特殊官能团修饰的SiO2骨架的SEM形貌图;c 蚁穴离子凝胶电解质合成机理;d 蚁穴离子凝胶电解质的光学照片

郭少军课题组通过借鉴自然界中蚁穴结构能够快速交换空气的特点,设计出了一种有特殊官能团修饰的SiO2为骨架的离子凝胶电解质(图1)。这种仿生离子凝胶电解质具有快速传输Li+的能力,而且能够在金属锂负极表面自发地形成颗粒富集层,从而有效地抑制锂枝晶的生长(图2)。组装成的三元电池具有约390 Wh/kg的能量密度,钛酸锂电池稳定循环3000次,库伦效率高达99.8%。该成果为利用仿生概念设计高性能的金属锂电池提供了一种新思路。

论文第一作者是工学院博士后陈楠。该研究得到了科技部重点研发计划,国家自然科学基金面上基金,中国博士后科学基金和青年千人计划支持。

论文链接:
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ee/c7ee00988g