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图1:
(a):交联型PMMA化学结构图
(b):钾离子电池中聚苯胺正极材料的工作原理
图1(b)所示为钾离子电池中聚苯胺正极材料的工作原理。与传统的钾离子电池用过渡金属氧化物正极材料中K+嵌入脱出原理不同的是,聚苯胺正极材料依靠的是阴离子的嵌入脱出机制。以电解液中钾盐采用KPF6为例,充电时,电子从正极材料进入外电路,为保证电荷守恒,电解液中的[PF6]-离子嵌入正极与聚苯胺大分子链结合,同时在负极是电子迁入,电解液中的钾离子沉积在负极保持电荷守恒,放电时相反。这是聚苯胺正极材料用于钾离子电池的首次报道。
图2:
(a-b):不同放大倍数下聚苯胺正极材料SEM图
(c):聚苯胺正极材料XRD测试
(d):聚苯胺正极材料拉曼分析
图3:
(a):凝胶聚合物电解质CV测试
(b):凝胶聚合物电解质LSV测试
(c):凝胶聚合物电解质电导率与温度关系图
(d):对称电池测试
同时为抑制钾枝晶的生成,研究人员引入交联型PMMA为基础的凝胶聚合物电解质,该复合电解质可以耐受4.9V的高压,离子电导率为4.3×10−3 S/cm,活化能仅为0.27eV。对称电池测试,该凝胶聚合物电解质可连续正常工作172.3h,而普通电解液仅能维持2.2h,对枝晶的抑制效果明显。
至于将二者强强联合组建的钾离子电池性能,直接上图吧
图4:
(a):半电池充放电曲线对比(10mA/g)
(b):半电池倍率性能
(c):半电池循环性能
(d):聚合物凝胶电解质半电池循环前后EIS阻抗测试图
图5:基于不同正极材料的钾离子电池性能比较
(图中蓝色字体为聚苯胺)
参考文献:A High-Energy-Density Potassium Battery with a Polymer-Gel Electrolyte and a Polyaniline Cathode,Angewandte Chemie International Edition,2018.DOI:org/10.1002/ange.201802248.
通讯作者简介
John B. Goodenough(约翰˙班宁斯特˙古迪纳夫)目前为美国德州大学奥斯汀分校机械工程系教授,著名固体物理学家,是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人,锂离子电池的奠基人之一,被业界称为“锂电之父”。他对材料科学与技术,特别是锂离子电池领域做出了重要贡献。通过研究化学、结构以及固体电子/离子性质之间的关系来设计新材料解决材料科学问题。
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