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高压水系锂离子电池新成果:一种超浓缩水系电解质

2020-03-27 来源:转载自第三方

近年来,水溶液电解质因不可燃性,且相比其他类型电解质更方便操作,更有利于提高电池的安全性、电化学性能等优点而备受关注。

美国马里兰大学王春生教授采用LiTFSI作为锂盐开发了一种新的具有高盐浓度的水电解液,即“盐包水电解液”(WiSE),促使盐/水摩尔比从0.018(相当于典型的1.0 m(mol kgsolvent-1))稀释电解液)提升到0.37~0.50(相当于21 m WiSE或28 m WiBS),使得水系电解液的稳定电压窗口提高到了3.0V,后来进一步将水溶液的稳定电位提高到了4.0V以上,从而实现了更高能量密度的水系锂离子电池。

近日,发表在《ACS Energy Lett.》上的一篇研究报道,王春生教授在高压水系锂离子电池的研究又取得新成果。他与美国陆军研究实验室许康研究员、Oleg Borodin研究员合作在WiSE电解质中加入惰性阳离子—不对称铵盐(Me3EtN·TFSI),使LiTFSI在水中的溶解度提高了2倍,同时将盐/水的摩尔比从0.37提高至前所未有的1.13,并抑制了电解质和Li+溶剂化鞘中水的活性。

新型的混合盐包水(WIHS)电解质浓度高达63 m,仍可保持相对较高的离子电导率(0.91 mS cm−1)和低的粘度(407 mPa s),且拥有3.25 V的宽电化学稳定窗口。

这种电解质尽管具有较高的盐浓度,但可以用于更高倍率的电池循环。其在2.5 V的水系全电池(LiMn2O4/Li4Ti5O12)中表现出良好的性能,在1 C和0.2 C倍率下能够提供145Wh kg−1的高能量密度,且能够稳定运行150个循环。

  参考文献:Long Chen, Jiaxun Zhang, Qin Li, Jenel Vatamanu, Xiao Ji, Travis P.Pollard, Chunyu Cui, Singyuk Hou, Ji Chen, Chongyin Yang, Lin Ma, Michael S. Ding, Mounesha Garaga, Steve Greenbaum, Hung-Sui Lee, Oleg Borodin, Kang Xu, Chunsheng Wang, A 63 m Super-concentrated Aqueous Electrolyte for High Energy Li-ion Batteries, ACS Energy Lett., 2020, DOI:10.1021/acsenergylett.0c00348


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