Angew：用于超快鋰和多價金屬電池的通用有機正極

2021-04-27 ryder

自1991年第一次商業化以來，由于其高能量密度，鋰電池（LIBs）一直主導著當前的能源儲存格局。然而，眾多安全事件，有限的資源供應（鋰，鈷）和高成本仿佛限制了汽車市場和固定儲能系統的大規模利用。將可再生能源（如太陽能和風能）萌生的間歇性發電集成到電網中的需求日益增加，這需要對環境友善／安全，具有成本效益且循環壽命長的鋰電池。在鋰電池以外的電池化學中，鎂金屬電池（MMBs）和鋁金屬電池（AMBs）有望用于大規模能量存儲，因為鎂和鋁金屬不僅豐富且安全，而且還通過多電子氧化還原賦予能量。然而，它們的商業化受到正極功率密度和循環壽命較差的困擾。

【成果簡介】

近日，馬里蘭大學王春生（通訊作者）團隊報道了一種通用聚酰亞胺＠CNT（PI＠CNT）正極，可以以極快的速度可逆地存儲不同價態的各種陽離子（Li＋，Mg2＋，Al3＋）。團隊系統研究了PI＠CNT的離子配位電荷儲存機制。使用PI＠CNT正極和相應金屬負極的全電池具有較長的循環壽命（＞10000次循環），快速動力學（＞20°C）和寬工作溫度范圍（－40°C至50°C），使聚酰亞胺將成為不同多價金屬電池的通用正極。穩定的離子協調機制為開發高能量和高功率的多價電池打開了新的思路。相關成果以題為“AUniversalOrganicCathodeforUltrafastLi‐andMultivalentMetalBatteries”發表在了Angew上。

【圖文導讀】

圖1合成示意圖

（a）PI＠CNT合成的示意圖

（b）合成的PI＠CNT的FTIR光譜

（c－f）PI／CNT復合材料的TEM圖像（c，d，e）和HRTEM圖像（f）

圖2動力學和定量機理分解

（a）使用峰值電流和掃描速率之間的關系確定b值

（b－d）對于不同價電池：（b）LIBs；（c）MMBs；（d）AMBs，電容（紅色區域）和擴散控制對于PI／CNT復合材料的電荷儲存的貢獻

圖3性能評價

（a）從Li－PI和Mg－PI系統的量子化學（QC）計算獲得的還原電位和相應的絡合物

（b）使用MBBs為50個LED燈泡供電

【小結】