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江蘇大學Jianning Ding課題組--氧化石墨烯氣凝膠泡沫構建的用于鋰電池的全固態電解質膜

隨著電動汽車及產品的發展，固態電解質鋰金屬電池已展現出廣闊的應用前景。然而，鋰的不均勻沉積、低離子電導率、窄電化學窗口和高界面阻抗限制了固態電池的安全性和性能。在此，研究人員開發了一種用聚環氧乙烷 (GSPE) 填充石墨烯的氧化物氣凝膠框架的非陶瓷固體電解質。由此產生的均勻而有彈性的骨架結構形成了連續的鋰離子吸附區，在保證界面處離子電流分布均勻的同時獲得了較高的離子電導率，有效防止了鋰的不均勻沉積，從而大大提高了電池的穩定性。電化學測試表明，GSPE在50℃時的離子電導率為4.12×10^-⁴ S cm^-¹ ，組裝的LiFePO₄ (LFP) |GSPE| 鋰電池在0.1C下可穩定循環100次以上，對稱鋰電池在0.1mA cm^-2下可連續電鍍-剝離600小時以上。利用碳氣凝膠結構實現鋰離子均勻沉積的方法為全固態電池探索了一個新的可能研究方向。

圖 1. GSPE 電解液制備過程示意圖。

圖 2. (a,b) 純 PEO 電解質表面形態。(c,d) 含有 10% GO 的電解質形態。（e，f）未填充的 PEO 電解質的 GO 網絡形態。(g,h) GSPE 的剖面圖。

圖 3. (a) 鋰離子在 PEO 晶體區遷移的示意圖。(b) 鋰離子在 PEO 非晶區遷移的示意圖。(c) 不同 GO 內容的 Arrhenius 圖。(d) 在 20、30、40 和 50 ℃ 下GSPE 與 10% GO 的EIS 圖。(e) GSPE 在第 1 天、第 15 天、第 30 天和第 45 天的 EIS 圖。

圖 4. (a) GSPE 的穩態極化曲線，插圖為極化前后的 EIS 圖。(b) GSPE 的線性掃描曲線。

圖 5. (a-c) 用商業電解質、純 PEO 基和 GSPE 基電池組裝的電池電鍍鋰和沉積后負極的表面形貌。(d) 基于純 PEO 和 GSPE 鋰電鍍剝離曲線的對稱電池。

圖 7. (a,b) GSPE 和 PEO 電池在 50 和 25℃下的循環性能。(c,d) GSPE 和 PEO 電池在 50 和 25℃下的倍率性能。

相關研究工作由江蘇大學Jianning Ding課題組于2022年發表在《Langmuir》上（https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c03432）原文：Graphene Oxide Aerogel Foam Constructed All-Solid Electrolyte Membranes for Lithium Batteries。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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