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【毕业论文连接】
https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c05494
【创作者企业】
Fudan University
【论文摘要】
文中报导了具备超疏水性的凝胶剂衍化的分层次多孔结构碳(HDHPC)层被证实是锂空气电池的合理锂防护层，其可以抑止循环系统流程中的水进攻和锂枝晶的产生。因而，根据HDHPC防护层的锂空气电池在周边空气中主要表现出明显的循环系统可靠性(40%的空气湿度下)，这远好于沒有HDHPC防护层的锂空气电池。科学研究还表明，锂空气电池中O2/Li2O2的转换将不利副产品和电解质溶液的溶解。HDHPC防护层的应用开拓了在环境质量中开发设计性能卓越锂空气电池的有效途径。
【TOC】
【实验方法】
生成RU-CNTs复合材质:
将116 mgRuCl3·xH2O融解在去离子水(60 ml)中，随后向饱和溶液中添加150 mg纳米碳管(CNTs),拌和半小时后，将获得的饱和溶液低温干燥，在250℃,5% H2/Ar混和氛围中，以5℃min-1的加热速度锻烧2钟头。
凝胶剂级多孔结构碳(HDHPC)防护层的制取:
① 将1.2 g正丁酸(C3H5NO)融解在去离子水(10 ml)中，添加6 mg的N,N\’-甲基双丙烯酰胺(C7H10N2O2)和20μL 的N,N,N\’，N\’-四羟基乙胺(C6H16N2)。
② 产生全透明没有颜色饱和溶液后，再添加7mg过氧化物硫酸铵。所得的凝胶剂经干冻除去吸附后，泡浸在含NaCl和ZnCl2的溶液中胀大。(凝胶剂、NaCl、ZnCl2的质量比为1:1:1)
③ 复合型干冻,接着加温到300°C真空烘箱N2流动性,并保持在300°C 1 h。以后溫度提升到600°C 并保持在600°C2 h。
④ 最终，商品在80℃的真空干燥器中干躁24钟头，所得的粉末状为分层次多孔结构碳(HPC)。在异丙醇的作用下，将HPC粉和聚四氟乙烯按净重比为8:2缩小，制取HDHPC防护层。将获得的膜切割成直徑为14mm的膜。
锂气体(O2)锂电池组件:
锂电池组件是在一个充满了氩的扶手箱中实际操作的。选用玻纤膈膜浸液(1 M LiTFSI/TEGDME)分离出来Ru-CNTs正级和Li金属材料负级。HDHPC防护层立即遮盖在金属锂阳极氧化表层，渗入锂电池电解液。
【图文并茂选取】
Figure 1. Characterization of the HDHPC protective layer. (a) Photograph of an achieved HDHPC protective layer. (b) SEM image of the HDHPC protective layer. (c) Contact angle of H2O on the HDHPC protective layer. (d) Nitrogen adsorption-desorption isotherms and pore-size distribution (inset) of the HDHPC protective layer. (e) N 1s and (f) O 1s XPS spectra of the HDHPC protective layer.
Figure 2. Electrochemical performance of the Li-air (O2) battery. Recyclability of the Li-air battery in ambient air (a) with and (b) without the HDHPC protective layer. Recyclability of Li-O2 batteryin pure O2 condition (c) with and (d) without the HDHPC protective layer. Cutoff capacity: 1000 mA h g-1. Current density: 500 mA g-1.
Figure 3. Examination of lithium metal anode in Li-air (O2) batteries. SEM image of (a) the pristine lithium metal anode, lithium metal anode (b) without and (c) with the HDHPC protective layer coating in Li-air batteries after the 20th cycle. SEM image of (d) the pristine lithium metal anode, lithium metal anode (e) without and (f) with the HDHPC protective layer coating in Li-O2 batteries after the 20th cycle. (g) Ex situ XRD patterns of the lithium metal anode with (or without) the HDHPC protective layer coating in Li-air batterie safter the 5th cycle. (h) EIS plots of the Li-air battery with (or without) the HDHPC protective layer coating at the pristine stage (inset) and after the 5th cycle.
Figure 4. Investigation of Ru-CNT cathodes in Li-air (O2) batteries containing the HDHPC protective layer. SEM images of (a) pristine, (b) discharged, and (c) recharged Ru-CNT cathodes in HDHPC protective layer-based Li-air batteries. (d) Ex situ XRD patterns and (e) ex situ FTIR spectra of pristine, discharged, and recharged Ru-CNT cathodes in the HDHPC protective layer-based Li-air batteries. Charge curves and corresponding gas evolution of the (f) Li-O2 cell and (g) Li-air cell with the HDHPC protective layer at 500 mA g-1.
【关键结果】
文中根据在环境质量和氧气标准下，证实HDHPC防护层是锂金属材料负级的优质防护层，这类膜确保了长期性运作的锂金属材料负级的无枝晶形状。在环境质量中，与沒有HDHPC防护层的充电电池对比，该锂空气电池具备更长的循环系统使用寿命。殊不知，因为负级钝化和进攻空气的作用，现阶段的锂-空气电池的光电催化特性依然远远地小于锂-o2充电电池。下一步除开维护锂金属材料负级外，抑止正级锂空气电池的副作用也是不可或缺的。
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