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Regulating the inner Helmholtz plane structure at the electrolyte-electrode interface for highly reversible aqueous Zn batteries

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Journal of Energy Chemistry 2024年第8期95卷 57-67,I0002页

作者： Jianghe Liu Sanlue Hu Hexin Guo Guobin Zhang Wen Liu Jianwei Zhao Shenhua Song Cuiping Han Baohua Li Shenzhen Key Laboratory on Power Battery Safety and Shenzhen Geim Graphene Center Tsinghua Shenzhen International Graduate SchoolTsinghua UniversityShenzhen 518055GuangdongChina Shenzhen Key Laboratory of Advanced Materials School of Materials Science and EngineeringHarbin Institute of TechnologyShenzhen 518055GuangdongChina Faculty of Materials Science and Energy Engineering/Institute of Technology for Carbon Neutrality Shenzhen Institute of Advanced TechnologyChinese Academy of SciencesShenzhen 518055GuangdongChina Shenzhen HUASUAN Technology Co. Ltd.Shenzhen 518055GuangdongChina

The development of aqueous Zn batteries is limited by parasitic water reactions,corrosion,and dendrite *** address these challenges,an inner Helmholtz plane(IHP)regulation method is proposed by employing low-cost,non-toxic maltitol as the electrolyte *** preferential adsorption behavior of maltitol can expel the water from the inner Helmholtz plane,and thus hinder the immediate contact between Zn metal and H_(2)***,strong interaction between maltitol and H_(2)O molecules can restrain the activity of H_(2)***,the"IHP adsorption effect"along with the low LUMO energy level of maltitol-CF_(3)SO_(3)^(-)can promote the in-situ formation of an organic-inorganic complex solid electrolyte interface(SEI)*** a result,the hydrogen/oxygen evolution side reaction,corrosion,and dendrites issues are effectively suppressed,thereby leading to highly reversible and dendrite-free Zn plating/*** Zn‖I_(2)battery with hybrid electrolytes also demonstrates high electrochemical performance and ultralong cycling stability,showing a capacity retention of 75%over 20000 charge-discharge cycles at a large current density of 5 A g^(-1).In addition,the capacity of the device has almost no obvious decay over20000 cycles even at-30℃.This work offers a successful electrolyte regulation strategy via the IHP adsorption effect to design electrolytes for high-performance rechargeable Zn-ion batteries.

关键词： Inner Helmholtz plane Adsorption effect Dendrite suppression SEI layer Zn||I_(2)battery

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High-performance magnesium/sodium hybrid ion battery based on sodium vanadate oxide for reversible storage of Na^(+)and Mg^(2+)

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Journal of Energy Chemistry 2024年第9期96卷 79-88页

作者： Xiaoke Wang Titi Li Xixi Zhang Yaxin Wang Hongfei Li Hai-Feng Li Gang Zhao Cuiping Han Institute of Applied Physics and Materials Engineering University of MacaoAvenida da UniversidadeTaipaMacao 999078China School of Physics and Technology University of JinanJinan 250022ShandongChina Songshan Lake Materials Laboratory Dongguan 523808GuangdongChina Faculty of Materials Science and Energy Engineering Shenzhen University of Advanced TechnologyShenzhen 518055GuangdongChina Institute of Technology for Carbon Neutrality Shenzhen Institute of Advanced TechnologyChinese Academy of SciencesShenzhen 518055GuangdongChina

Magnesium ion batteries(MIBs)are a potential field for the energy storage of the future but are restricted by insufficient rate capability and rapid capacity ***-sodium hybrid ion batteries(MSHBs)are an effective way to address these ***,we report a new type of MSHBs that use layered sodium vanadate((Na,Mn)V_(8)O_(20)·5H_(2)O,Mn-NVO)cathodes coupled with an organic 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide(PTCDI)anode in Mg^(2+)/Na^(+)hybrid *** electrochemical cycling,Mg^(2+)and Na^(+)co-participate in the cathode reactions,and the introduction of Na^(+)promotes the structural stability of the Mn-NVO cathode,as cleared by several ex-situ ***,the Mn-NVO cathode presents great specific capacity(249.9 mA h g^(−1)at 300 mA g^(−1))and cycling(1500 cycles at 1500 mA g^(−1))in the Mg^(2+)/Na^(+)hybrid ***,full battery displays long lifespan with 10,000 cycles at 1000 mA g^(−1).The rate performance and cycling stability of MSHBs have been improved by an economical and scalable method,and the mechanism for these improvements is discussed.

关键词： Aqueous battery Hybrid ion battery Mg^(2+)/Na^(+)co-intercalation High-rate performance Organic-water hybrid electrolyte

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梯度多孔结构设计提升高镍层状氧化物正极材料高压循环稳定性

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化学学报 2024年

作者：王舒玮张建勋成业章立寒田华军李宝华华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室清华大学深圳国际研究生院深圳市下一代动力与储能电池关键技术工程研究中心矿冶科技集团有限公司北京工业大学材料科学与工程学院

高镍层状氧化物(LiNixCoyMn1-x-yO2， x≥0.8， NCM)由于其具有较低的生产成本、较高的能量密度和工作电压，是下一代高能量密度锂离子电池的重要正极材料. 然而，由于锂化/去锂化时高镍正极材料内部应变累积和颗粒破裂，导致其高压... 详细信息

高镍层状氧化物(LiNixCoyMn1-x-yO2， x≥0.8， NCM)由于其具有较低的生产成本、较高的能量密度和工作电压，是下一代高能量密度锂离子电池的重要正极材料. 然而，由于锂化/去锂化时高镍正极材料内部应变累积和颗粒破裂，导致其高压循环稳定性受二次颗粒机械失效的严重影响，限制其大规模的应用. 本工作报道了一种简单的共沉淀合成方法，成功地将梯度分布的孔结构引入到多晶NCM二次颗粒中，可以有效地缓解NCM一次颗粒中各向异性带来的体积变化、抑制晶间裂纹和晶内裂纹，同时减缓阻抗增加. 此梯度多孔结构的高镍NCM正极材料可以充电到4.5 V的高电压，同时具有180.1 mAh·g-1（1 C， 25 ℃）的超高比容量，在充放电循环300次后仍有87.6%的容量保持率. 而且，该正极材料在－20～60 ℃的宽温度范围内，都能表现出高的可逆容量和显著增强的循环稳定性. 这项研究表明，梯度多孔结构设计能够有效均匀化应力分布，有望解决高镍层状氧化物高压循环过程的结构不稳定性，该方法简单可行，易于大规模工业化.

关键词：高镍层状氧化物高电压机械失效梯度多孔结构宽温度范围

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Considerations of advanced aqueous batteries recycling:A perspective

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Journal of Energy Chemistry 2024年第6期93卷 46-54,I0002页

作者： Yun Zhao Yuqiong Kang Hao Du Feiyu Kang Baohua Li Institute of Materials Research Tsinghua Shenzhen International Graduate SchoolTsinghua UniversityShenzhen 518055GuangdongChina

*** Battery technology,serving as a basis for a rechargeable society,has developed rapidly over a century[1].The progress can be roughly divided into three stages,with the initial two mainly focusing on aqueous battery *** to 1859,research primarily focused on the conceptualization of batteries and the development of primary(non-rechargeable)cells[2].In the subsequent150 years,rechargeable battery technology emerged。

关键词： battery Battery primarily

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