國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)《2024—2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》的通知
歷經(jīng)5個(gè)月,5 C循環(huán)10000次的鋰碘(Li-I2)電池
歷經(jīng)5個(gè)月,5 C循環(huán)10000次的鋰碘(Li-I2)電池背景介紹鋰碘電池具有能量密度高、功率密度優(yōu)異、可持續(xù)性好和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn),在儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域是極具有吸引力的。然而,鋰碘電池的正
背景介紹
鋰碘電池具有能量密度高、功率密度優(yōu)異、可持續(xù)性好和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn),在儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域是極具有吸引力的。
然而,鋰碘電池的正極存在嚴(yán)重的熱力學(xué)不穩(wěn)定性和穿梭問(wèn)題,困擾著活性碘負(fù)載、容量保持和可循環(huán)性。
與傳統(tǒng)插層式的鋰電池不同,鋰碘電池是利用氧化還原的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)高能量和高功率密度的。
目前,鋰碘電池存在的問(wèn)題1. 碘的氧化還原活性普遍受到化學(xué)鍵的限制,大多數(shù)碘化物表現(xiàn)出電化學(xué)惰性,不符合電池的氧化還原要求;2. 已報(bào)道的碘化物,如PVPI和LiI,由于聚合物鏈結(jié)構(gòu)大或不穩(wěn)定的鍵合而在空氣中氧化,導(dǎo)致碘含量低,極大地限制了作為碘基正極的應(yīng)用。
有研究者采用多孔或二維層狀載體的方法儲(chǔ)碘,由于碘的高升華性而引入大量的非活性物質(zhì),而且固定效果有限。還有部分報(bào)道利用電解液調(diào)節(jié),但該該方法成本高且不可控,活性碘利用率低。
工作簡(jiǎn)介
香港城市大學(xué)的支春義教授團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種高熱穩(wěn)定的I-/I3-鍵合的有機(jī)鹽,碘含量高達(dá)80%用作可充電鋰碘電池的正極材料。甲胺氫碘化物(CH6NI,MAI)或四丁基三碘化銨(C16H36NI3,TBAI3)中的碘在不犧牲氧化還原活性的前提下通過(guò)與有機(jī)基團(tuán)的化學(xué)鍵合來(lái)穩(wěn)定。計(jì)算表明,MAI和TBAI3中的碘含量分別為80 wt%和61 wt%。
圖片來(lái)源文獻(xiàn)官網(wǎng)
該有機(jī)碘鹽作為鋰碘電池的正極實(shí)現(xiàn)了0.5 C下173.6 mAh g?1MAI(217 mAh g?1I)的比容量,50 C下133.1mAh g?1MAI的比容量。5 C下10000次循環(huán)(超5 個(gè)月)容量保持率達(dá)98.3%。
內(nèi)容詳情
MAI和TBAI3的分子結(jié)構(gòu)以及有機(jī)陽(yáng)離子與 I-/I3-陰離子之間的靜電相互作用;MAI和TBAI3的掃描電鏡圖。(圖片來(lái)源,論文截圖)
已報(bào)道的金屬-碘電池中正極材料碘含量的比較(圖片來(lái)源論文截圖)
a)CV曲線;b)還原氧化峰值電流與掃描速率平方根的線性擬合;c)EIS測(cè)試;d)充/放電電壓曲線;e)放電倍率;f)不同碘基電池的Ragone圖。(圖片來(lái)源論文截圖)
根據(jù)分析得出的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)機(jī)制(圖片來(lái)源論文截圖)
Li-MAI電池在5 C下超5 個(gè)月充/放電循環(huán)(圖片來(lái)源論文截圖)
總結(jié)
1.作者開發(fā)了熱穩(wěn)定的且具有電化學(xué)活性的I-/I3-鍵合有機(jī)鹽作為可充電Li-I2電池的正極。
2.其中,MAI和TBAI3的碘含量分別高達(dá)80 wt%和61 wt%。
3.可充電Li-I2電池在0.5 C下提供了接近理論值的比容量173.6 mAh g-1MAI(217 mAh g-1I)和2.9 V的電壓平臺(tái),從而實(shí)現(xiàn)了504 Wh kg-1的高能量密度MAI/ 631 Wh kg-1I。得益于碘的快氧化還原動(dòng)力學(xué),在20 C和50 C下容量保持率分別為88.8%和78.1%。
4.碘化物和有機(jī)基團(tuán)之間的強(qiáng)吸附顯著阻礙了穿梭效應(yīng),從而使具有高容量并消除了陽(yáng)極腐蝕,延長(zhǎng)了使用壽命。5 C下10 000 次循環(huán)的容量保持率為98.3%,這是有史以來(lái)報(bào)道的 具有最長(zhǎng)壽命的Li-I2電池。