2D polyaniline with exchangeable interlayer fluid for fast and stable volumetric dual ion storage

Two-dimensional(2D) layered materials are widely applied in energy devices including lithium-ion battery and supercapacitor due to their unique properties,such as tunable interlayer structure,numerous active sites,large aspect ratio versatile interlayer chemistry.In this work,2D layered tungstate acidlinked polyaniline(TALP) presented a fluid-in-solid structure,which allowed facile exchange of the interlayer fluid from moisture to conventional Li⁺ containing electrolyte.With fast and stable dual ion storage(Li⁺ and PF₆^-),TALP demonstrates high-rate volumetric capacity(39 mAh cm_-3 at 2000 mA g^-1) and good stability(2000 cycles at 200 mA g^-1) within the working potential window of 1.5-4.5 V versus Li⁺/Li.     

硫酸钾水溶液亚稳区性质的研究(Ⅳ)——杂质Li+对结晶过程的影响

本文根据实际生产的需要,详细地研究了杂质Li⁺对K₂SO₄结晶过程的影响,并结合理论分析。计算了杂质Li⁺对K₂SO₄结晶过程中成核特征的影响.结果表明,Li⁺改变了体系的比表面自由能δ₁₂、成核势垒△G(r^*),使亚稳区宽度增加.     

Loosely coordinating diluted highly concentrated electrolyte toward —60℃ Li metal batteries

Lithium metal batteries(LMBs) promise energy density over 400 Wh kg^-1.However,they suffer severe electrochemical performance deterioration at sub-zero temperatures.Such failure behavior highly correlates to inferior lithium metal anode(LMA) compatibility and sluggish Li⁺ desolvation.Here,we demonstrate that cyclopentylmethyl ether(CPME) based diluted high-concentration electrolyte(DHCE)enables-60℃ LMBs operation.By leveraging the loose coordination between Li⁺ an...     

Promote the conductivity of solid polymer electrolyte at room temperature by constructing a dual range ionic conduction path

Poly(ethylene oxide)(PEO)is a classic matrix model for solid polymer electrolyte which can not only dissociate lithium-ions(Li⁺),but also can conduct Li⁺ through segmental motion in long-range.However,the crystal aggregation state of PEO restricts the conduction of Li⁺ especially at room temperature.In this work,an amorphous polymer electrolyte with ethylene oxide(EO)and propylene oxide(PO)block structure(B-PEG@DMC)synthesized by the transesterification is firstly obtained,showing an ionic conductivity value of 1.1×10⁵ S/cm at room temperature(25℃).According to the molecular dynamics(MD)simulation,the PO segments would lead to an inconsecutive and hampered conduction of Li⁺,which is not beneficial to the short range conduction of Li⁺.Thus the effect of transformation of aggregation state on the improveme nt of ionic conductivity is not eno ugh,it is n ecessary to further consider the differe nt coupled behaviours of EO and PO segments with Li⁺.In this way,we blend this amorphous polymer(B-PEG@DMC)with PEO to obtain a dual range ionic conductive solid polymer electrolyte(D-SPE)with further improved ionic conductivity promoted by constructing a dual range fast ionic conduction,which eventually shows a further improved ionic conductivity value of 2.3×10⁵ S/cm at room temperature.     

Revealing alkali metal ions transport mechanism in the atomic channels of Au@a-MnO2

Understanding alkali metal ions’(e.g., Li⁺/Na⁺/K⁺) transport mechanism is challenging but critical to improving the performance of alkali metal batteries. Herein using a-MnO₂nanowires as cathodes, the transport kinetics of Li⁺/Na⁺/K⁺in the 2 × 2 channels of a-MnO₂with a growth direction of [001] is revealed. We show that ion radius plays a decisive role in determining the ion transport and electrochemistry. R...     

Li+掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Li⁺掺杂纳米TiO₂光催化剂,并用XRD和TEM等技术进行了表征;用pH值漂移法测量了催化剂的零电位pH值(pHpzc).结果表明,500℃煅烧制得的催化剂均为锐钛矿相;Li⁺的掺杂抑制了TiO₂粒子的生长,提高了催化剂的分散性;催化剂的零电位pH值为6.6—8.1,其值取决于Li⁺的浓度和掺杂方式.分别以紫外光和太阳光为光源,孔雀石绿和甲基橙为降解物评价了催化剂的光催化活性;并用气相色谱测试了污染物降解产生的CO₂的含量.结果显示,对孔雀石绿的降解,浸渍法和溶胶-凝胶法掺Li⁺都能有效提高TiO₂的光催化活性,但浸渍法比溶胶-凝胶法效果更好,催化活性最高的为浸渍法制备的5%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂,其在紫外光和太阳光下的光催化活性分别比纯TiO₂提高了6—8倍和9—10倍;对甲基橙的降解,除溶胶-凝胶法制备的3%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂能稍提高光催化活性外,其它Li⁺的掺杂都不同程度降低了TiO₂的光催化活性;随污染物降解率的增加,最终降解产物CO₂的含量增加.实验结果表明,Li⁺掺杂改变了催化剂表面的电荷状态从而改变了催化剂的零电位pH值是造成催化剂降解不同污染物具有不同催化活性的主要原因.     

聚并苯掺杂C60作锂离子电池负极材料的理论与性能研究

在AM1半经验方法水平上,对不同数目的Li⁺位于C₆₀笼内和笼外时形成的复合物进行几何优化,PAS负极材料由于掺杂C₆₀而吸附更多的Li⁺,并且Li⁺容易嵌入到C₆₀中,从理论上解释了聚并苯(PAS)导电性能改善的原因,并对PAS中掺杂C₆₀的最佳比例进行了预测.     

PEO基聚合物电解质及其锂硫电池性能研究

锂硫电池由于具有高的理论比能量引起了广泛关注,然而传统液态锂硫电池由于多硫化物的“穿梭效应”以及安全问题而限制了其应用,全固态锂硫电池可显著提高电池安全性能并有望解决多硫化物的穿梭问题. 本文采用传统的溶液浇铸法制备了具有不同的[EO]/[Li⁺]的PEO-LiTFSI聚合物电解质,并将其应用于锂硫电池. 研究发现,虽然[EO]/[Li⁺] = 8的聚合物电解质具有更高的离子电导率,但是[EO]/[Li⁺] = 20的电解质与金属锂负极间的界面阻抗更低,界面稳定性更好. Li|PEO-LiTFSI([EO]/[Li⁺]=20)|Li对称电池在60 °C,电流密度为0.1 mA·cm^-2时可稳定循环超过300 h,而Li|PEO-LiTFSI ([EO]/[Li⁺]=8)|Li对称电池循环75 h就出现了短路现象. 基于PEO-LiTFSI([EO]/[Li⁺]=20)电解质的锂硫电池首圈放电比容量为934 mAh·g^-1,循环16圈后放电比容量为917 mAh·g^-1以上. 而基于PEO-LiTFSI ([EO]/[Li⁺]=8)电解质的锂硫电池,由于与锂负极较低的界面稳定性不能够正常循环,首圈就出现了严重过充现象.     

离子交换对usf-ZMOF二氧化碳吸附能力影响的研究

合成了骨架带电的类沸石金属-有机骨架材料usf-ZMOF. 通过Li^＋离子交换将骨架中体积较大的有机阳离子用较小体积的无机阳离子取代, 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等手段对离子交换前后的材料进行表征, 并对CO₂在其中的吸附性质进行了研究. 实验结果表明, Li^＋离子交换后材料的比表面积增加, CO₂吸附量也增加, 与分子模拟预测的结果一致.     

单斜ZnP2负极材料的锂化机理及性能

过渡金属磷化物电位低且比容量高, 是有发展前景的锂离子电池(LIBs)负极材料. 其中, ZnP₂属于双活性负极材料, Zn与P都能与Li⁺发生反应, 储Li⁺性能更具有竞争力. 但是, 对于ZnP₂的锂化机理及产物尚不明确. 采用第一性原理计算和电化学测试方法研究了ZnP₂的电子性质和电化学性能, 通过理论计算和实验测试相结合阐述了ZnP₂的锂化机制. 首先, 以密度泛函理论(DFT)计算揭示了ZnP₂的锂化机理、Li⁺扩散路径、势垒和理论比容量(1477 mAh/g). 其次, 通过直流电弧等离子体法及固相烧结法合成ZnP₂, 并测试其首圈放电曲线, 显示放电容量为1439 mAh/g, 与理论计算结果相近. 此外, 薄膜X射线衍射(XRD)检测最终产物成分为LiZn和Li₃P, 与DFT计算结果一致.     

Synergy of a hierarchical porous morphology and anionic defects of nanosized Li4Ti5O12 toward a high-rate and large-capacity lithium-ion battery

Exploring electrode materials with a high volumetric energy density and high rate capability remains of a great challenge for nanosized-Li₄Ti₅O₁₂(LTO)batteries.Here,hierarchical porous Ti³⁺-C-N-Br co-doped LTO(LTOCPB-CC)is synthesized using carboxyl-grafted nanocarbon(CC)and cetylpyridinium bromide(CPB)as combined structure-directing agents.Ti⁴⁺-O-CPB/Li⁺-CC is designed as a new molecular chelate,in which CPB and CC promote the uniform mixing of Li⁺and Ti⁴⁺and control the morphology of TiO₂ and the final product.The defects(oxygen vacancies and ion dopants)formed during the annealing process increase the electron/hole concentration and reduce the band gap,both of which enhance the n-type electron modification of LTO.As-prepared LTOCPB-CC has a large specific surface area and high tap density,as well as a high electronic conductivity(2.84×10^-4 S cm^-1)and ionic conductivity(3.82×10^-12cm² s^-1),which are responsible for its excellent rate capability(157.7 mA h g^-1 at 20 C)and stable long-term cycling performance(0.008% fade per cycle after 1000 cycles at 20 C).     

Construction of a nano-rectangular Zn-Nd complex with near-infrared luminescent response towards metal ions

One 6-metal Zn-Nd complex[Zn₂Nd₄L₂(OAc)₁₀(OH)₂(CH₃OH)₂](1)with Schiff base ligand bis(3-methoxysalicylidene)ethylene-1,2-phenylenediamine(H₂L)was constructed,and it has nanoscale rectangular structure(8×11×28 A).Excited by ligand-centered absorption bands,1 shows NIRemission of Nd³⁺ion.Interestingly,1 exhibits lanthanide luminescent response towards metal ions,especially to alkali metal ions(Li⁺,Na⁺ and K⁺)at ppm level.     

四苯硼酸盐PVC膜锂离子选择电极的研究

四苯硼酸盐与介体溶剂所组成的PVC膜对碱金属离子的选择性同溶剂的性质有关^[1]。因此,可选择适当的溶剂研制碱金属离子选择电极。本工作研究了以DOPP(苯基膦酸二辛酯)或TBP(磷酸三丁酯)为介体溶剂,NaTPB(四苯硼钠)或KTPB(四苯硼钾)为活性物质的PVC膜对金属离子的选择响应。结果表明,DOPP为溶剂、KTPB为活性物质可制备性能良好的PVC膜Li⁺选择电极。该电极的电化学性能接近或优于新近报道的几种Li⁺选择电极^[2~7]。     

Stable lithium metal anode enabled by a robust artificial fluorinated hybrid interphase

One of the key challenges for achieving stable lithium(Li) metal anode is the construction of the rational solid electrolyte interphase(SEI),but its realization still faces enormous challenges.In this work,a robust artificial fluorinated hybrid interphase consisting of lithium-bismuth(Li₃Bi) alloy and lithium-fluoride(LiF) was designed to regulate Li deposition without Li dendrite growth.The obtained hybrid interphase showed the high Li⁺ diffusion rate(3.5 × 10^-4...     

Machine learning in metal-ion battery research: Advancing material prediction,characterization, and status evaluation

Metal-ion batteries(MIBs),including alkali metal-ion(Li⁺,Na⁺,and K³),multi-valent metal-ion(Zn²⁺,Mg²⁺,and Al³⁺),metal-air,and metal-sulfur batteries,play an indispensable role in electrochemical energy storage.However,the performance of MIBs is significantly influenced by numerous variables,resulting in multi-dimensional and long-term challenges in the field of battery research and performance enhancement.Machine learning(ML),with...     

四元水盐体系H+, Li+, Mg2+/CI——H2O中0℃时相平衡的研究

1.本文报告四元体系H⁺,Li⁺,Mg²⁺∥Cl^--H₂O的研究。此体系H⁺,Li⁺,Mg²⁺∥Cl^--H₂O在0℃时的等温溶度图上有MgCl₂·6H₂O,HCl·MgCl₂·7H₂O,LiCl·MgCl₂·7H₂O,LiCl·2H₂O,LiC1.本文报告四元体系H⁺,Li⁺,Mg²⁺∥Cl^--H₂O的研究。此体系H⁺,Li⁺,Mg²⁺ Cl^--H₂O在0℃时的等温溶度图上有MgCl₂·6H₂O,HCl·MgCl₂·7H₂O,LiCl·MgCl₂·7H₂O,LiCl·2H₂O,LiCl·H₂O等五种盐的结晶区域以及一个HCl分压大于1大气压的区域。 2.在研究三元体系H⁺,Mg²⁺∥Cl^--H₂O时,进一步证实有可称为氢(或泋)光滷石的复盐HCl·MgCl₂·7H₂O生成,它于1大气压下在約44℃分解。在三元体系H⁺,Li⁺∥Cl^--H₂O中,当0℃时,它也作为固相之一而存在。 3.初步考察所研究的三元和四元体系中的盐析作用。确定在溶液粗成变化相当大的范围内,MgCl₂·6H₂O的溶度随氯化氢和氯化锂的浓度增加而比例下降(以重量克分子浓度表示溶液组成),同时在四元体系中氯化氢与氯化锂对溶液中氯化鎂的盐析作用呈加和性,即它们在四元体系中的总盐析作用等于它们分别在相应三元体系中对氯化镁的盐析效应之和。l·H₂O等五种盐的结晶区域以及一个HCl分压大于1大气压的区域。 2.在研究三元体系H⁺,Mg²⁺∥Cl^--H₂O时,进一步证实有可称为氢(或泋)光滷石的复盐HCl·MgCl₂·7H₂O生成,它于1大气压下在約44℃分解。在三元体系H⁺,Li⁺∥Cl^--H₂O中,当0℃时,它也作为固相之一而存在。 3.初步考察所研究的三元和四元体系中的盐析作用。确定在溶液粗成变化相当大的范围内,MgCl₂·6H₂O的溶度随氯化氢和氯化锂的浓度增加而比例下降(以重量克分子浓度表示溶液组成),同时在四元体系中氯化氢与氯化锂对溶液中氯化鎂的盐析作用呈加和性,即它们在四元体系中的总盐析作用等于它们分别在相应三元体系中对氯化镁的盐析效应之和。     

PEO基锂硫二次聚合物电池

分别对单质硫和PABTH (polyanthra [1 ,9 ,8 -b,c,d,e][4 ,10 ,5 -b ,c ,d ,e ]bis-[1,6,6a(6a-S^Ⅳ)trithia]pentalene)在PEO (polyethylene oxide)基聚合物电解质中的电化学性能进行了研究. 研究发现单质硫和PABTH在PEO基聚合物电解质中都存在放电产物溶解现象, 说明醚基电解液即使以聚合物形式存在(如PEO基聚合物电解质)也不能有效抑制硫电极放电产物的溶解损失. 因此, 必须设计合成具有特定结构的电解质溶剂, 以抑制硫电极放电产物的溶解. 另外, 硫及有机硫化物在PEO基聚合物电解质中的利用率较低, 这主要是由于硫及有机硫化物不是离子导体, Li^＋在硫及有机硫化物中的扩散系数较低, 同时, 传输Li^＋的PEO分子量较大, Li^＋不能被有效传输至材料颗粒的内部. 因此, 全固态聚合物电解质不适合锂硫二次电池, 液态小分子电解质溶剂更有利于锂硫二次电池发挥其高比容量.     

杂原子掺杂的素馨烯与Li+@C60之间弱相互作用的理论研究

采用密度泛函M06-2X方法,对C₆₀和包裹了Li⁺的C₆₀与巴氏碗(素馨烯)及其同系物的弱相互作用进行了系统的研究.在优化的几何构型基础上,对4种化合物进行了前线分子轨道成分分析;在考虑基组重叠误差下,对相互作用能进行分析,并利用约化梯度模型得到了它们的约化梯度密度散点图.结果表明4种化合物的弱相互作用强弱顺序为：C₁₈O₃H₆/Li⁺@C₆₀21H₁₂@C₆₀18N₃H₆/Li⁺@C₆₀21H₁₂/Li⁺@C₆₀.巴氏碗碗沿的—CH₂基团被—NH和O原子取代后,掺杂了杂原子的素馨烯导致分子间的静电相...     

碱金属离子与三肽复合物的气相裂解反应

为了探索侧链R基团对碱金属离子与多肽复合物气相裂解反应的影响, 采用电喷雾电离质谱法研究了碱金属离子Li⁺, Na⁺和K⁺分别与甘氨酸三肽(GGG)、 甘氨酰-苯丙氨酰-甘氨酸三肽(GFG)和甘氨酰-甘氨酰-苯丙氨酸三肽(GGF)形成的复合物的气相裂解反应. 质谱定性实验结果表明, Li⁺, Na⁺和K⁺与GGG, GFG或GGF在气相中可以形成稳定的复合物, 配合比为1∶1或2∶1. 竞争反应质谱图显示, GGG, GFG或GGF与碱金属离子形成的复合物的质谱峰丰度按Li⁺, Na⁺, K⁺顺序依次下降, 表明随着碱金属离子半径的增加, 它们与三肽的结合强度依次减弱. 碰撞诱导解离显示, 母体离子[GGG+Na]⁺, [GGF+Na]⁺和[GFG+Na]⁺ 的质心碰撞能量E(CM)₅₀数值分别为1.94, 1.76和1.63 eV. 通过质谱滴定法测得[GGG+Na]⁺, [GFG+ Na]⁺和[GGF+Na]⁺ 的结合常数lg\begin{array}{c}{K}_{a_1}\end{array}分别为5.30, 5.25和5.17. 质谱法定量结果进一步确认复合物的稳定性顺序为[GGG+Na]⁺>[GGF+Na]⁺>[GFG+Na]⁺, 表明由于空间位阻的影响, 侧链R基团含有苄基的GFG或 GGF与Na⁺的键合强度要小于侧链R全部为H的GGG. 串级质谱分析结果显示, 碱金属化的GGG断裂位点较多, 可解离出丰富的金属化a₂, b和y型碎片离子, 而碱金属化的GGF和GFG解离出的金属化y型离子较多, b型离子其次, 金属化a型离子几乎没有. 此外, 双碱金属化的GGF可解离出较多金属化y型离子. 复合物[GGF+Na]⁺的裂解曲线显示, 当碰撞能量为25 eV时, [y₂+Na-H]⁺ 和[b₂+Na+OH]⁺为主要碎片离子, 当碰撞能量>40 eV时, 只有[b₂+Na+OH]⁺ 碎片离子占有优势数量. 根据质子化三肽裂解机理可以推测, 钠化GFG裂解后生成含噁唑酮的[b₂+Na]⁺离子, 该离子经过一系列过渡态生成[a₂+Na]⁺(2-苄基-4-咪唑酮), 而不是常见的亚胺离子.     

LiNi0.3Co0.7O2的结构及其锂电池行为的研究

利用XRD、XPS、CV等方法研究了LiNi_0.3Co_0.7O₂的结构及其锂电池行为。结果表明:LiNi_0.3Co_0.7O₂具有六方晶系空间群结构,其晶胞参数a=0.2826nm,c=1.4130nm;其表面存在Li₂O;Li⁺在其中的化学扩散系数为1～7×10^-8cm²·s^-1;其锂电池在4.30～3.00V间放电容量可达120～140mA·h·g^-1,放电机理为Li⁺在其中进行两步嵌入反应。