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華東理工Small：三明治結(jié)構(gòu)聚合物電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)快速的鋰離子傳輸

將無(wú)機(jī)填料引入有機(jī)聚環(huán)氧乙烷（PEO）基電解質(zhì)中，以提高其離子導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度已引起廣泛關(guān)注，但有限的無(wú)機(jī)-有機(jī)界面總是由孤立的顆粒團(tuán)聚引起。

圖1. Li⁺傳輸途徑和ZnO對(duì)TFSI^–的錨定作用示意圖

華東理工大學(xué)龍東輝、張亞運(yùn)、牛波等提出了多種三明治結(jié)構(gòu)的金屬氧化物/還原氧化石墨烯(rGO)/金屬氧化物納米復(fù)合材料，以優(yōu)化鋰金屬電池中非晶態(tài)有機(jī)-無(wú)機(jī)界面優(yōu)化鋰離子傳導(dǎo)。

在高比表面積的rGO的支持下，金屬氧化物顆粒的聚集被排除，形成具有逐層堆疊結(jié)構(gòu)的連續(xù)無(wú)定形有機(jī)-無(wú)機(jī)界面，從而形成垂直和橫向的3D互連鋰離子傳輸通道。

此外，具有羥基的金屬氧化物納米顆粒通過(guò)羥基與氟和金屬氧鍵之間的氫結(jié)合，對(duì)雙三氟甲磺?；啺逢庪x子具有高親和力，釋放更多的游離鋰離子。

圖2. 材料表征

因此，PEO-ZnO/rGO/ZnO電解質(zhì)在25℃時(shí)具有1.02×10^-4 S cm^-1的優(yōu)異離子傳導(dǎo)性，在60℃時(shí)具有0.38的鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)。

此外，ZnO/rGO/ZnO的插入促進(jìn)了富含LiF的穩(wěn)定固體電解質(zhì)界面的形成，這使對(duì)稱鋰電池具有超過(guò)900小時(shí)的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。相應(yīng)的LiFePO₄正極在在0.5C下循環(huán)300次后擁有130 mAh g^-1的高可逆比容量，每循環(huán)的容量衰減為0.05%。

圖3. 鋰金屬全電池性能

Sandwich Structured Metal oxide/Reduced Graphene Oxide/Metal Oxide-Based Polymer Electrolyte Enables Continuous Inorganic–Organic Interphase for Fast Lithium-Ion Transportation. Small 2023. DOI: 10.1002/smll.202207536

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