服务热线:18071023591
新闻中心 多种规格的组件和系统解决方案满足您多样化需求

【硒氰酸钾应用潜力】点“硒”成“膜”,双功能硒氰酸钾(KSeCN)添加剂实现高电压(4.6 V)钴酸锂基锂金属电池长循环寿命

日期: 2022-05-14
浏览次数: 159
分享到:

      “双碳”目标背景下,大力发展可再生能源,以取代传统化石燃料,已成为全球共识。近30年来,锂离子电池也以惊人的速度发展。然而,随着人类社会对能源需求的不断增加,石墨负极由于理论容量(372 mAh g-1)的限制,可能难以满足未来社会发展的需要。研究和探索具有更高能量密度的电池化学体系是解决当前能量壁垒的有效途径。锂具有超高的比容量(3860mAh g-1,比石墨高10倍以上)和最低的化学势(3.04 V vs. H/H+),是理想的负极材料。高压钴酸锂(LCO)正极(截止电压≥4.6 V)具有最高的体积能量密度,是便携式3C(计算机、通信和消费电子)产品的首选正极材料。因此,将锂金属负极和LCO正极相匹配构建的高压Li||LCO电池,其能量密度可得到显著提升,是未来极具前景的电池体系。


      然而,严重的锂枝晶、锂沉积/剥离过程中的低库仑效率(CE)和剧烈的体积膨胀严重阻碍了锂金属负极的实际应用,这些问题加速了锂金属负极和锂金属电池的失效。电解液优化是应对这些挑战的最有效的策略之一。在电解液中引入功能性(如含硫、含氮、含氟的官能团)的溶剂或添加剂可以显著改善锂沉积形态,使其从枝晶状转变为均匀的球状。其中,含Se的功能型添加剂能够原位形成Li2Se保护层,则可以显著改善锂沉积行为,提高锂金属负极的稳定性。此外,Li2Se具有高离子导电性和低电子导电性,可参与形成锂金属负极表面的SEI膜,以隔离锂金属和电解液的副反应。


      除了锂金属负极之外,当Li||LCO电池充电超过4.55 V时,LCO正极将面临巨大的体积变化和严重的结构损坏,并伴随O2的释放和高价Co4+的溶解。结构掺杂和界面修饰是提高高压LCO正极稳定性的最有效的策略。其中,通过电解液添加剂原位形成相对稳定的CEI膜是一种成本低廉、简单高效的途径。其中,腈类(-C≡N)电解液添加剂含有孤对电子,容易与Co4+配位,形成R-C≡Nδ--Co(4+δ)+键,能够延缓过渡金属离子的氧化和溶解。然而,-C≡N官能团易与锂金属负极发生反应,恶化锂金属负极。如何抑制腈类电解液添加剂在负极的剧烈反应,同时保障-C≡N在高电压条件下对LCO正极的稳定作用,是目前亟需解决的科学问题。

 

 

【硒氰酸钾在高压锂电中的应用潜力】点“硒”成“膜”,双功能硒氰酸钾(KSeCN)添加剂实现高电压(4.6 V)钴酸锂基锂金属电池长循环寿命

 

【工作介绍】

      近日,来自厦门大学的郑建明教授课题组,联合厦门大学杨勇教授吴德印教授和北京工业大学闫鹏飞教授,首次报道了一种新型的双功能电解液添加剂—硒氰酸钾(KSeCN)。该添加剂具有较高的HOMO(最高占据分子轨道)和较低的LUMO(最低未占据分子轨道),可在电池充、放电过程中优先分解,在LCO正极和锂金属负极表面形成含硒的保护层,抑制正、负极界面电解液的恶性分解。此外,-C≡N键有利于抑制Co离子的溶解,-Se基团能够抑制-C≡N和Li金属之间的不良反应。因此,KSeCN衍生的SEI和CEI保护膜有助于保护锂金属负极,并协同维持LCO阴极在高压下的表面结构稳定性,从而改善Li||LCO电池的高压循环性能。与传统酯类电解液相比,采用添有0.1 wt% KSeCN的酯类电解液组装的Li||LCO电池能够在4.6 V高截止电压下保持稳定循环。电池循环940圈后,剩余容量为129 mAh g-1(基准电解液:500次循环后剩余容量仅为33 mAh g-1)。因此,KSeCN电解液添加剂在高电压锂电池中有着潜在的应用前景。此外,文中通过物理、化学和电化学等表征手段,结合理论计算,深入挖掘并分析了电化学性能增强背后的潜在机制,为理性设计适用于高电压锂金属电池的添加剂及电解液提供了新的思路。该文章发表在国际顶级期刊ACS Energy Letters上,符昂、林建德、张正锋为本文共同第一作者。


(消息来源:http://nyxr-home.com/79841.html

相关新闻推荐
  • 点击次数: 379
    2022 - 09 - 20
    江西省发布《加快推动富硒功能农业高质量发展三年行动方案(2023-2025年)》 近日,江西省人民政府办公厅发布了《加快推动富硒功能农业高质量发展三年行动方案(2023-2025年)》,系全国首个省级富硒产业行动方案,方案提出到2025年底,江西全省富硒功能农业综合产值突破1600亿元。具体内容如下:为深入贯彻落实习近平总书记对江西唱响富硒农产品品牌的重要指示精神,推动我省富硒功能农业高质量发展,奋力在富硒功能农业赛道上勇争先,现制定本行动方案。一、总体要求坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻习近平总书记关于“三农”工作重要论述和视察江西重要讲话精神,围绕打造在全国有影响力的富硒品牌的目标定位,切实把最具成长性、爆发力的富硒功能农业作为推动现代农业发展的突破口,突出硒元素应用在农业领域中的营养健康功能作用,大力实施“硒+X”发展战略,以绿色富硒耕地为基础,以建设富硒高标准基地为抓手,以生产加工标准化、质量全过程溯源为保障,推动富硒功能农业规模化、产业化、市场化,走出一条高标准、高品质、高效益、强龙头、强技术、强品牌、强管控的富硒功能农业发展之路,让“最好的富硒农产品在江西”唱响全国,为打造乡村振兴样板之地提供有力支撑。——产业规模不断扩大。到2023年底,全省富硒功能农业综合产值力争突破800亿元,2024年突破1200亿元,2025年突破1600亿元。——发展水平不断提升。到2025年底,分批建设10个以上富硒功能农业重点县,全省富硒功能农业龙头企业(以下简称富硒龙头企业)总数达300家,建设各类富硒标准化基地300个。——标准认证体系不断完善。到2025年底,全省富硒省级地方标准总数达20个,各类富硒农产品认证总数达1000个,健全标准、检测、认证、追溯监管四大体系。——富硒品牌不断唱响。到2025年底,构建“1个富硒全域品牌+N个地方公用品...
  • 点击次数: 373
    2022 - 09 - 15
    《科学》:硒氨酸具有独特的生物合成路径该发现有助于更好地理解自身免疫性肝病        硒是一种对生命来说必不可少的微量元素,太多或太少都会致命。在7月17日的《科学》杂志上,美国耶鲁大学和伊利诺伊大学的研究人员描述了其在人体内控制代谢的分子机制。    论文的共同作者、耶鲁大学分子生物物理学和生物化学教授斯特林表示,对于一个复杂的调节摄取系统来说,硒是必需的。人体内有25种硒蛋白,其中大多数是生命所必不可少的。硒被认为有助于人类免除各种病痛的折磨,如不良情绪状态、心血管疾病、病毒感染和癌症等。    硒氨酸是人体内最活跃的硒代谢物,在所有氨基酸中是独一无二的,因为它是唯一一个可在转移RNA(tRNA)分子上进行合成的氨基酸。tRNA在氨基酸之间来回穿梭,形成细胞内的蛋白制作机制。含有硒氨酸的蛋白质负责回收具有保护作用的抗氧化剂,如维生素C和辅酶Q10。    研究人员首次捕捉到了硒氨酸在一个超大尺寸tRNA分子上创建的图像。20个其他的氨基酸及其相关的tRNA利用被统称为延伸因子的蛋白运载工具来运送核糖体。但是,大自然给这个特大tRNA分子提供了一个只将硒氨酸运送到核糖体的特定延伸因子。    研究人员表示,此结构揭示了硒氨酸形成的大部分机制,为该领域20年来的生物化学工作提供了一个解答。这一发现将使人们更好地理解自身免疫性肝病。这种tRNA复合物将成为治疗Ⅰ型自身免疫性肝病的抗体靶标。    美国国立卫生研究院所属国立通用医学科学研究所的迈克尔·本德尔说,硒氨酸已被发现是参与一些正常及疾病生理进程的酶的重要组成成分。此项基础研究揭示了硒氨酸独特的生物合成路径,这最终可能会影响到人体健康的许多方面,如免...
  • 点击次数: 471
    2022 - 09 - 11
    硒(Se)是一种天然的非金属元素,主要存在于硒蛋白和硒酸生物聚合物中。由于硒具有营养学和毒理学作用,因此在医学和生物学领域受到了广泛关注。硒对于细胞功能和几种具有抗氧化特性的硒蛋白合成是必需的,这些蛋白对包括人类在内的哺乳动物生命至关重要。虽然硒这么重要,但目前已知仅有两种将硒引入蛋白质和核酸的途径,即通过硒代半胱氨酸和2-硒尿苷。20多年来,这一领域没有任何研究进展,如何将硒特异性地引入小分子的途径还没有人知道。在一项新的研究中,来自美国普林斯顿大学的研究人员发现了将硒整合到微生物小分子中的生物合成途径,这标志着首次在天然产物中发现了这种原子,为硒生物学开辟了一条新途径。这一发现也有力地表明,硒是所有生命王国的重要微量元素,它在细菌中的生物功能可能比科学家最初假设的更重要。相关研究成果于2022年9月7日在线发表在《自然》杂志上,题目为“微生物中含硒小分子的生物合成”。这篇论文的作者是普林斯顿大学化学教授Mohammad Seyedsayamdost博士。图中显示了将硒整入到微生物小分子中的生物合成途径,图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05174-2。论文第一作者、Seyedsayamdost实验室研究生蔡斯凯鲁兹(Chase Kayrouz)说,“这是一个封闭的领域。在过去的20年里,没有人找到新的代谢硒的方法。20世纪80年代和90年代阐明了硒核酸硒蛋白的生物合成。从那时起,人们认为这些是微生物对硒的唯一作用。我们只是想知道他们会不会把硒纳入其他小分子中?结果,他们做到了。”Seyedsayamdost表示,他们的“研究表明,大自然确实已经进化出了将这种元素整合到小分子、糖和次生代谢物中的方法。硒具有显著的特性,不同于生物大分子中发现的任何其他元素。例如,含硒的抗氧化剂硒代氨酸比这种分子的硫代形式成为更好的抗氧化剂。然...
  • 点击次数: 369
    2022 - 06 - 27
    (消息来源:微看宝清)近年来,我县深入贯彻落实中央和省委、市委关于实施乡村振兴战略的部署要求,依托全境近6000平方公里富硒区域和三江平原富硒土壤核心区的资源禀赋,持续深化农业供给侧结构性改革,大力发展以富硒产业为支撑的绿色高质高效农业,着力推动农业绿色化、优质化、特色化、品牌化。      我县始终牢记习近平总书记“中国粮食、中国饭碗”的重要嘱托,大力发展优质高效农业,依托万亩水稻示范区,打造优质富硒稻米区,实现“种的好”向“卖得好”、“种得更好”转变。            连日来,在宝清县黑土头稻农业有限公司的大米加工车间里机器轰鸣,富硒水稻通过全自动稻米生产加工设备的多道加工和打磨后,变成晶莹剔透、营养丰富的富硒大米,再经过工人们打包装箱,发往全国各地。自2017年黑土头稻公司和“世界硒都”湖北恩施楚风农业联合,在尖山子乡头道林子村签订了4000亩富硒水稻订单,将“黑土头稻”富硒大米推广到全国。今年公司继续和多家企业合作,村民种植的所有富硒水稻都高于市场价进行回收,这样每户每垧地可以增收5000-8000元。   宝清县黑土头稻农业有限公司 总经理 任立刚:我们黑土头稻农业有限公司今年的订单主要来源于北京康鼎商贸、国民康健、中国地质大学(武汉),总订单量比去年增加了15%到20%。我们的发展离不开县委、县政府的支持,富硒大米每年的销量逐年递增,和现在的农业的政策是分不开的。习近平总书记也提到“藏粮于地,藏粮于技”,我们作为种地人,努力把一粒富硒米,万众致富梦,把粮食种好,把粮食品质把握好,打造好自己的黑土头稻品牌,使百姓致富增收早日实现。             ...
武汉中地西能科技有限公司
  • 微信公众号
    微信公众号
    微信公众号
  • 小程序
    小程序
    小程序
联系我们
研究院地址:武汉市东湖新技术开发区锦程街68号
成果转化中心:武汉市洪山区鲁磨路388号中国地质大学(武汉)东区
联系电话:18071023591 (罗先生)
邮箱地址:dyluo@cugse.com
友情链接
Copyright ©2019 - 2024 武汉中地西能科技有限公司 鄂ICP备19021743号-1 犀牛云提供企业云服务