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Advanced Materials:具有高能量密度的多功能金属——卤素电池

多功能的电化学能源存储器件是未来能源存储发展的一个重要方向。目前,多功能的电化学能源存储器件主要包括自愈合,电致变色,热保护和自充电等的超级电容器和锂离子电池。然而,这些多功能超级电容器和锂离子电池的能量密度普遍偏低,极大的限制了它们在未来高能量储能中的应用。而且,由于电池多功能整合的复杂性,目前的多功能电池主要是建立在单一的刺激响应的基础上,难以满足在复杂条件下智能电子器件中的应用。如何有效设计双响应乃至更多响应的多功能电化学能源存储器件面临着巨大的挑战。

由于具有很高的理论能量密度,金属-硫电池,金属-氧气电池和金属-卤素电池受到人们的广泛关注。但是,由于不均匀传质和电荷转移导致的枝晶在金属负极的过度生长,极易造成这类高能量密度电池的容量快速衰减和电池内部的短路,从而给这些高能量密度的金属电池带来严重的安全隐患。因此开发一种合适的可抑制枝晶生长的金属负极,是实现高能量密度电池的一种重要途径。

Advanced Materials:具有高能量密度的多功能金属——卤素电池

有鉴于此,德累斯顿工业大学冯新亮教授课题组和上海交通大学庄小东教授课题组首次设计了一种新型的双刺激响应的多功能钠-溴电池。该电池的负极采用了三维碳纳米纤维和钠金属的复合材料。相对于纯的钠金属负极,三维碳纳米纤维可以显著增强钠离子的吸附结合和降低金属钠的成核过电势,从而有效的诱导的钠负极在平面方向的沉积和氧化,极大的抑制钠枝晶在垂直方向的过度生长。而且,该电池在正极显示出了明显的电致变色效应。此外,由于引入了热响应聚合物,当温度升高,该电池正极电解质会从液态变成固态,从而极大的降低了其在高温下的放电倍率和显著的抑制了溴正极在高温下的挥发。除了双刺激响应以外,该电池的负极抑制枝晶的设计也被成功的应用在了钠-硫电池和钠空气电池中。

相关论文于近期在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201800028)上。

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