雙離子電池（DIBs）采用無鈷/無鎳正極，特別是石墨正極，由于其成本效益和可持續(xù)性，從長遠(yuǎn)來看是非常有前景的儲能系統(tǒng)。然而，由于電解質(zhì)的氧化分解和體積膨脹，石墨正極在高電位負(fù)離子儲存過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。

在此，蘇州大學(xué)鄭洪河、曲群婷、邵杰等人提出了一種人工正極/電解質(zhì)界面（CEI）策略，通過界面氫鍵將多磷酸（PPA）納米薄膜緊密地植入天然石墨（NG）顆粒上。

電化學(xué)實驗結(jié)果表明，改性石墨正極具有充放電可逆性增強、電極反應(yīng)動力學(xué)加快、電阻降低、自放電減速、循環(huán)壽命延長等特點。

圖1. NG@PPA正極的電化學(xué)性能

具體來說，PPA納米膜通過界面氫鍵化學(xué)均勻而緊密地錨定在石墨顆粒表面，有助于形成薄、光滑以及柔性的CEI，有效減緩電解液的分解，保護內(nèi)部層狀石墨在高壓循環(huán)(5 V vs Li+/Li)過程中的結(jié)構(gòu)退化。

更有趣的是，實驗和密度泛函理論(DFT)計算結(jié)果都表明，PPA與粘結(jié)劑聚二氟乙烯（PVDF）通過分子間氫鍵（O-H-F）表現(xiàn)出強烈的相互作用。由于PPA與內(nèi)部石墨顆粒和周圍PVDF粘結(jié)劑的橋接作用，大大提高了石墨正極的力學(xué)穩(wěn)定性。相應(yīng)的，石墨正極在DIBs中表現(xiàn)出加速的擴散/反應(yīng)動力學(xué)和較長的循環(huán)壽命。

這種基于PPA的人工CEI具有復(fù)雜的官能團，可同時與內(nèi)部活性組分和周圍的電極粘合劑進行化學(xué)鍵合，為通過界面化學(xué)開發(fā)DIBs提供了一種新的策略。

圖2. DFT計算

Ultrafast Charge and Long Life of High-Voltage Cathodes for Dual-Ion Batteries via a Bifunctional Interphase Nanolayer on Graphite Particles，Small ?2023 ?DOI：10.1002/smll.202206360