F-QSCE@30 展現(xiàn)顯著提升的電解質(zhì)和電池性能。

中國科學(xué)家展示了一種能顯著提升電池離子電導(dǎo)率的復(fù)合電解質(zhì)。

該電解質(zhì)由呂勒奧理工大學(xué)和中國科學(xué)院的研究人員共同開發(fā)，對于實(shí)現(xiàn)安全、超長壽命的儲能具有重要意義。

與傳統(tǒng)材料相比，該電解質(zhì)還能提供更穩(wěn)定的循環(huán)性能。

準(zhǔn)固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)

研究人員推出了一種名為“F-QSCE@30”的氟接枝準(zhǔn)固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)。它利用了側(cè)鏈基團(tuán) -CF2-CF-CF3（F片段）的內(nèi)置誘導(dǎo)效應(yīng)，同時提升了離子電導(dǎo)率并塑造出富含LiF的自保護(hù)界面。

這項(xiàng)創(chuàng)新還克服了傳統(tǒng)有機(jī)電解液的液態(tài)局限，如泄漏、易燃和界面穩(wěn)定性差等問題。

研究人員指出，F(xiàn)-QSCE@30（氟接枝準(zhǔn)固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)）采用了一種紫外光固化、玻璃纖維增強(qiáng)的膜材作為替代。該膜材具有類似液態(tài)的電導(dǎo)率（25°C下為1.21 mS cm?1），同時具備不可燃性和優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，在消除安全隱患的同時，還支持卷對卷加工工藝。

性能顯著增強(qiáng)

他們特別強(qiáng)調(diào)，使用該電解質(zhì)的對稱Li||Li電池在0.1 mA cm?2的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過4000小時 —— 是先前氟化體系壽命的15倍以上。它驅(qū)動的高鎳NCM622（一種正極材料）全電池，在0.5 C倍率和60°C條件下循環(huán)350次后，容量保持率接近100%，一舉解決了枝晶生長和容量衰減問題。

這項(xiàng)發(fā)表在《Nano-Micro Letters》期刊上的研究揭示，開發(fā)氟接枝QSCE（F-QSCE@30）旨在提升電解質(zhì)的綜合性能。研究探討了F片段的誘導(dǎo)效應(yīng)對電解質(zhì)性能的影響，以及F片段對SEI（固體電解質(zhì)界面）膜的組成和形成的影響。

研究人員在論文中表示：“結(jié)果表明，F(xiàn)-QSCE@30展現(xiàn)出的電解質(zhì)和電池性能，相比之前報道的工作有顯著提升，包括更高的離子電導(dǎo)率（25°C下1.21 mS cm?1）和更穩(wěn)定的循環(huán)性能。”

加速離子傳輸

他們還強(qiáng)調(diào)，高電負(fù)性的氟原子能夠從羰基氧原子上拉走電子云密度，從而削弱了鋰離子（Li?）與聚合物鏈的結(jié)合力，將活化能降低至0.25 eV。這加速了離子傳輸，同時抑制了離子對的聚集。

根據(jù)新聞稿，X射線光電子能譜（XPS）和三維飛行時間二次離子質(zhì)譜（3D ToF-SIMS）深度分析證實(shí)，這些相同的氟化片段會優(yōu)先分解生成LiF，從而形成一層致密且均勻的界面層。該界面層能阻止電解質(zhì)的進(jìn)一步還原，并在機(jī)械上抑制枝晶生長。

將“誘導(dǎo)效應(yīng)”概念拓展至鈉、鋅金屬電池

研究人員還指出，該材料具有可擴(kuò)展的制造潛力：在玻璃纖維骨架中，只需一步紫外光固化甲基丙烯酸六氟丁酯和離子液體單體，即可得到無裂紋的90微米厚膜，且與現(xiàn)有的涂布線工藝兼容。

F-QSCE@30 的性能已滿足2030年美國先進(jìn)電池聯(lián)盟（USABC）設(shè)定的容量保持率和倍率性能目標(biāo)，為制造能量密度超過400 Wh kg?1的軟包電池開辟了一條切實(shí)可行的路徑。

據(jù)中國科學(xué)院的研究人員介紹，作者團(tuán)隊(duì)下一步計(jì)劃將這種“誘導(dǎo)效應(yīng)”概念拓展至鈉金屬和鋅金屬電池體系，同時為大型固態(tài)電池組優(yōu)化機(jī)械強(qiáng)度。這預(yù)示著電動汽車和電網(wǎng)儲能將迎來一個更安全、能量密度更高的未來。

背景補(bǔ)充：

準(zhǔn)固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)（QSCEs）已被認(rèn)為有望用于高性能固態(tài)電池。然而，早期的QSCEs在界面穩(wěn)定性和循環(huán)性能方面存在不足。

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