納米結(jié)構(gòu)電解質(zhì)的案例
浦項(xiàng)科技大學(xué)開發(fā)納米結(jié)構(gòu)電解質(zhì) 提高固態(tài)電池的離子電導(dǎo)率
本研究的獨(dú)特之處在于，低對(duì)稱性形態(tài)在雙金屬化合物材料中很常見，對(duì)于聚合物電解質(zhì)而言，卻是前所未有的。另外，通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，系統(tǒng)地確定了這些納米結(jié)構(gòu)形成的原因，具有重要意義。此外，這項(xiàng)研究首次提出了一種方法，通過控制聚合物電解質(zhì)中?單位水平的電荷分布，來制備電導(dǎo)率比二維形態(tài)高10倍的固體電解質(zhì)。
研究人員表示，比起典型的二維結(jié)構(gòu)，新納米結(jié)構(gòu)能夠極大提升離子導(dǎo)電性。這為加速全固態(tài)電池商業(yè)化，開發(fā)安全電池，提供了潛在路徑。
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納米能源所：用于可穿戴電子器件的自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)！
所制備的自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)在25°C下的離子電導(dǎo)率高達(dá)7.48×10?4，電化學(xué)窗口較寬，極限拉伸應(yīng)變達(dá)到524%，此外，這種電解質(zhì)材料可以自發(fā)地恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和功能，而無需額外的外部處理。組裝的Li|SHSPE|LiFePO4電池在室溫下具有極好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)300周后比容量超過126.4mAh g?1。基于這種特殊的自愈合固態(tài)聚合物電解質(zhì)的相應(yīng)固態(tài)鋰金屬電池在室溫下具有穩(wěn)定的循環(huán)性能，在可穿戴電子器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。
重大《Chem Commun》：一種簡(jiǎn)易的合成納米晶固態(tài)電解質(zhì)新方法
本文提出一種制備密實(shí)化納米晶粒Na3Zr2Si2PO12固態(tài)電解質(zhì)的簡(jiǎn)易方法。
Hong和Goodenough教授發(fā)現(xiàn)的NASICON型Na3Zr2Si2PO12固態(tài)電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率，良好的電化學(xué)、化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)Na3Zr2Si2PO12的研究主要集中在合成和元素?fù)诫s等方面來提高Na+離子電導(dǎo)率。如通過固相反應(yīng)法將Al3+、Yb3+、La3+、Nd3+、Y3+、Nb5+、Ti4+、Zn2+等陽離子作為摻雜劑，Na2O-Nb2O5-P2O5作為玻璃化燒結(jié)助劑將Na+電導(dǎo)率范圍從10-4 S/cm提高至10-3 S/cm。盡管Na+電導(dǎo)率因陽離子取代而顯著提高，但燒結(jié)過程中晶粒快速生長(zhǎng)，往往達(dá)到微米數(shù)量級(jí)，嚴(yán)重阻礙了探索具有納米結(jié)構(gòu)致密陶瓷的電導(dǎo)率。
而納米晶陶瓷的性能會(huì)隨著晶粒尺寸的減小發(fā)生巨大變化，具有納米晶粒的無機(jī)固體電解質(zhì)可能表現(xiàn)出較低的界面阻力和較好的循環(huán)性能。
來自重慶大學(xué)宋樹豐教授團(tuán)隊(duì)通過焙燒氧化鋯前驅(qū)體法燒結(jié)制備了致密納米Na3Zr2Si2PO12
固態(tài)電解
質(zhì)，平均晶粒尺寸為546±58 nm。該合成方法可在900 °C下合成超細(xì)納米粉體，在1260 °C合成致密納米晶粒Na3Zr2Si2PO12固態(tài)電解質(zhì)，其電導(dǎo)率為1.02×10-3S/cm，25 °C時(shí)界面電阻為35 Ω·cm2。相關(guān)論文以題為“A facile method for the synthesis of a sintering dense nano-grained
Na3Zr2Si2PO12
Na+-ion solid-state electrolyte”發(fā)表在Chemical Communications。
展開 北京林業(yè)大學(xué)楊俊團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》：自催化納米纖維素增強(qiáng)體系構(gòu)建新型“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質(zhì)
水凝膠電解質(zhì)基柔性鋅離子混合電容器（ZIHCs）由于其集成了鋅電池和電容器的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，正逐漸成為一種新興的、極具潛力的儲(chǔ)能設(shè)備。然而，鋅離子混合電容器仍面臨著能量密度和循環(huán)壽命之間失衡和鋅負(fù)極枝結(jié)晶的問題。與此同時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)高性能的水凝膠電解質(zhì)仍然存在一些挑戰(zhàn)：1）繁瑣的制備過程，需要長(zhǎng)時(shí)間的高溫加熱（60-90 °C，超過2 h）、紫外線照射或有毒的促凝劑；2）性能不足，如力學(xué)強(qiáng)度低、粘接能力弱、低溫適應(yīng)性差。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便高效的方法制備具有優(yōu)異機(jī)械穩(wěn)定性的自粘和防凍型水凝膠電解質(zhì)，從而滿足柔性鋅離子混合電容器在嚴(yán)苛的環(huán)境下工作。
鑒于此，北京林業(yè)大學(xué)楊俊團(tuán)隊(duì)在前期研究的基礎(chǔ)上（Chem. Mater. 2018, 30, 3110?3121；ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 56509?56521），設(shè)計(jì)了一種基于“單寧酸-金屬離子”自催化效果的納米增強(qiáng)體系。該體系能夠在室溫下幾分鐘內(nèi)制備出一種新型的抗凍粘附“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質(zhì)，極大地延長(zhǎng)了柔性鋅離子混合電容器循環(huán)壽命（100000圈），并有效地抑制了鋅負(fù)極枝結(jié)晶的形成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，組裝的鋅離子混合電容器在電化學(xué)性能和機(jī)械性能方面均表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫適應(yīng)性，能夠在冰水浴和真空條件等嚴(yán)苛環(huán)境下正常工作。
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湖南工大廖海洋博士等：基于雙交聯(lián)/網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的環(huán)氧基功能化聚離子液體電解質(zhì)助力鋰離子電池
圖5 DN-Ionogel的物理性質(zhì)與電化學(xué)性能研究：(a) 力學(xué)性能; (b) 熱穩(wěn)定性; (c) 阻燃性; (d-f) 電解質(zhì)的電化學(xué)性能; (g-h) 電解質(zhì)的電池應(yīng)用性能
(圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces)
圖6. DN-Ionogel軟包裝電池應(yīng)用情況
(圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces)
綜上，聚離子液體電解質(zhì)可通過形成雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及構(gòu)筑雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來保證電解質(zhì)的機(jī)械性能和電化學(xué)性之間的平衡，而探究聚合物電解質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大小與其電化學(xué)性能之間的關(guān)系，對(duì)后期探尋高性能聚合物電解質(zhì)體系有著重要意義。
原文作者：
1. Ling Liang, Wenfang Yuan, Xianhong Chen and Haiyang Liao
DOI:10.1016/j.cej.2021.130000
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