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银河电子游戏网址平台教师在Nature Communications上发表重要研究成果

作者:任丹丹 时间:2023-12-19 点击数:

近日,银河电子游戏网址平台金成滨研究员团队与浙江工业大学及杭州电子科技大学的合作者在锂二次电池材料研究领域取得重要进展,研究成果以“A corrosion inhibiting layer to tackle the irreversible lithium loss in lithium metal batteries”为题发表在国际著名期刊Nature Communications (2023, 14: 8269)上。《Nature Communications》为自然出版指数子刊之一。中国计量大学为该论文第一作者单位和第一通讯作者单位,金成滨研究员为第一作者和通讯作者,材化学院、新能源材料与表面防护研究所的卫国英院长及李红燕博士等为论文共同作者。

腐蚀是材料(例如结构金属、陶瓷和聚合物)的不可逆系统现象,涉及材料、涂层、环境、微生物、应力或电磁等多种因素。通常,金属的腐蚀是指金属氧化成其离子物质并释放电子(例如铁锈),这对产品的寿命、安全性和功能提出了挑战。锂作为一种活泼的电池负极材料,非常容易受到腐蚀。电池研究中的腐蚀术语最早可以追溯到1979 年,当时Peled教授等人描述了锂金属与电解液发生副反应,在界面处形成了一种固体电解质界面膜SEI,即腐蚀产物),这种钝化层的特征和性质变化直接影响腐蚀行为。电池中自发形成的SEI会经历反复溶解和重组的动态过程,锂与电解液发生持续的副反应,造成锂的直接化学消耗。此外,电池中易于形成局部腐蚀电偶,诱发电化学腐蚀,加剧锂的损失。在电池储存和运行过程中,化学和电化学腐蚀模式不断发生,共同导致严重的锂损失和电池快速失效。

该论文通过设计的电化学工具和冷冻电镜技术定量监测典型电解液体系中的锂腐蚀和SEI演变行为(例如溶解、重整)。经验证,连续的锂腐蚀与SEI溶解破裂直接相关。在此基础上,设计了一种包含低溶解度聚合物和金属氟化物的人工钝化层实现界面稳定和腐蚀抑制。优化后的锂对称电池和磷酸铁锂电池可以稳定循环1500次以上,锂的腐蚀量减少了~74%。设计的防腐层可以进一步利用到安时规模的软包电池。这项工作揭示了SEI溶解及其与锂腐蚀的相关性,并开发防腐层来减少锂损失,使得金属锂电池的寿命(包含循环和日历老化寿命)显著提升。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-44161-7


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