材料学院陈宏伟课题组在Advanced Energy Materials发表研究成果

作者:雷水清      单位:材料科学与工程学院 发布时间:2020-05-14

    近日,材料科学与工程学院陈宏伟博士课题组在Advanced Energy Materials期刊上发表题为“Building LithiophilicIon-Conduction Highways on Garnet-Type Solid-State Li+ Conductors”的研究论文。Advanced Energy Materials是Wiley出版社旗下的学术期刊(2019年影响因子:24.884),在能源材料领域具有重要影响力。

    近年来,全固态储能电池因其高安全性和高能量密度而受到广泛关注。将固态电解质(SolidState Electrolytes, SSEs)集成到全固态电池中仍是一个挑战,这主要受限于固态电解质/电极的界面存在较高的界面阻抗。目前领域内一般是通过在电解质和电极之间引入了中间界面层来降低高阻抗,包括Al2O3, Si, polymers等。但目前的界面修饰层仍不能完全满足全固态电池快速充电/放电,从而限制了电池在高功率密度工作条件下的实际应用。

    陈宏伟课题组的研究论文报道了共价有机框架材料(Covalent Organics Frameworks,简称 COFs)可用于修饰无机固态电解质LLZTO和锂金属负极的界面,从而显著提高此类全固态电池在高电流密度下的电化学性能。通过在LLZTO表面预先生长带有磺酸基团的COFs薄膜,并通过熔融锂化的过程实现COFs的均匀锂化。实验表明,此界面层不仅提高了固态电解质与锂金属的浸润性,并且可以在电解质与锂金属之间构筑出快速有效的Li+扩散路径。

(a)有/无COFs修饰的固态电解质与熔融锂的浸润性。(b)有COFs修饰层的固态电解质与熔融锂的良好接触。(c)电化学阻抗谱对比。 

    相关电化学测试结果表明,具有COFs修饰层的固态对称锂电池的界面阻抗显著降低,对称电池可以在大于1mA/cm2的高电流密度下工作。采用LiFePO4作为正极,锂金属为负极,COFs修饰的LLZTO为电解质所组装的全电池表现出良好的倍率性能与循环稳定性。这一工作为实现高功率固态电池的设计提供了思路。

(a)有/无COFs修饰层的对称锂金属电池的循环性能对比。(b)有COFs修饰层的全电池的倍率性能及(c)循环性能。 

    该研究工作主要由材料科学与工程学院2018级研究生程章元、谢茂玲、赵拯等共同完成,2016级应用化学系本科生欧剑鑫在前期工作中作出重要贡献。该工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金杰出青年项目及中科院苏州纳米所NANO-X的大力支持。  

    论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201904230

 

(编辑:吴江辉)

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