文献信息
南开大学化学学院的研究成果“Enhancing the Filler Utilization of Composite Gel Electrolytes via In Situ Solution-Processable Method for Sustainable Sodium-Ion Batteries”(溶液加工策略构筑高填料利用率复合凝胶电解质助力可持续钠离子电池)在国际著名材料期刊《Advanced Materials》(IF:27.4)上发表。平生公司的离体桌面CT(VENUS)在论文中提供了PVFH/M和PVFH@M膜的3D图像。
该论文的通讯作者为南开大学化学学院张凯研究员,第一作者为南开大学化学学院博士研究生范燕鹏。
文献摘要
钠离子电池因其丰富的资源、低成本以及与锂离子电池生产工艺的兼容性,在大规模储能领域具有巨大的潜力。然而,传统的有机电解液不仅存在易燃和泄漏的风险,还可能与正负极材料发生多种界面副反应,这些问题都严重影响了钠离子电池的循环稳定性和安全性。这些挑战限制了钠离子电池的进一步发展。
针对这一关键科学问题,提出了一种原位制备高填料利用率复合凝胶电解质的方法,旨在解决传统有机无机复合凝胶电解质中不可避免的填料团聚和利用率下降问题。该方法所制备的复合凝胶电解质中,MOF填料均匀分散,能够有效提升电解质膜的拉伸强度和离子传输动力学,同时实现均匀的离子流分布和良好的正负极界面。组装的半电池和全电池均展现了优异的电化学性能,为构建高安全性和高循环稳定性的钠离子电池体系提供了一种新的研究思路。
实验方法
Micro CT扫描
使用微计算机断层扫描(micro-CT, VNC-102,平生医疗科技有限公司)对PVFH/M和PVFH@M膜进行扫描,电压为90 kV,电流为50 μA,使用Avatar软件(2.0.10.0版本,平生医疗科技有限公司)进行FDK算法重建三维显微结构。
实验结果
通过Micro-CT观察并揭示了两种膜的体结构(图2f,i)。PVFH@M膜表面平整光滑,而PVFH/M膜表面凹凸不平。
图2. (a-c)PVFH/M与PVFH@M两种复合膜的激光共聚焦显微镜照片及表面粗糙度对比。(d-e,g-h)PVFH/M与PVFH@M两种复合膜的SEM平面及截面对比。(f,i)PVFH/M与PVFH@M两种复合膜的微米CT照片对比。(j)PVFH/M与PVFH@M两种复合膜的红外热成像照片对比。(k)PVFH/M与PVFH@M两种复合膜的热重曲线对比。(l)PVFH、PVFH/M和PVFH@M三种聚合物膜的应力-应变曲线对比。
使用结论
本研究提出了一种原位制备复合凝胶电解质的策略,旨在解决传统方法中常见的填料团聚问题及界面稳定性,进而实现高安全、长寿命钠离子电池构筑。得益于高填料利用率和结构均匀性,该复合凝胶电解质在宽温域下展现出优异的电化学性能。这一研究为高性能准固态电解质的合理设计提供了有效策略,并为构建长寿命、高安全的电池体系提供了新的思路。
使用设备
Micro CT(型号:VENUS)(平生医疗科技)
影像软件:Avatar(平生医疗科技)