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硝基化合物電化學(xué)還原衍生的偶氮化合物用于高性能鋰離子電池

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2019年09月09日  

【引言】


由于對(duì)可充電鋰離子電池(LIBs)的需求不斷增加,環(huán)境友好性和可持續(xù)性已成為電極材料的關(guān)鍵因素。然而,制造無機(jī)電極材料如LiCoO2和石墨會(huì)消耗大量的能量并釋放大量的CO2。此外,廢舊電池可能會(huì)通過將鈷基電極中的有毒重金屬泄漏到土壤和水中而引發(fā)更嚴(yán)重的環(huán)境問題。為了規(guī)避環(huán)境和可持續(xù)性挑戰(zhàn),開發(fā)節(jié)能,可持續(xù)和可回收電池材料具有重要意義。


【成果簡介】


近日,馬里蘭大學(xué)王春生(通訊作者)團(tuán)隊(duì)基于硝基化合物向高性能鋰離子電池偶氮化合物的電化學(xué)轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)了一種新的化學(xué)物質(zhì)。選擇4-硝基苯甲酸鋰鹽(NBALS)作為模型硝基化合物,系統(tǒng)研究了硝基化合物的結(jié)構(gòu),鋰化/脫鋰機(jī)理和電化學(xué)性能。NBALS在0.5C時(shí)的初始容量為153mAhg-1,100次循環(huán)后保持131mAhg-1的容量。詳細(xì)表征表明,在最初的電化學(xué)鋰化過程中,結(jié)晶NBALS中的硝基不可逆地還原為無定形偶氮化合物。隨后,偶氮化合物在充電/放電循環(huán)中以高電化學(xué)性能可逆地鋰化/脫鋰。偶氮化合物的鋰化/脫鋰機(jī)理也通過直接使用偶氮化合物作為電極材料來驗(yàn)證,所述電極材料表現(xiàn)出與硝基化合物類似的電化學(xué)性能,同時(shí)具有更高的初始庫侖效率。相關(guān)成果以題為“AzoCompoundsDerivedfromElectrochemicalReductionofNitroCompoundsforHighPerformanceLi‐IonBatteries”發(fā)表在了Adv.Mater.上。


【圖文導(dǎo)讀】


圖1鋰離子電池中有機(jī)分子的工作原理


在N-N反應(yīng)中,兩個(gè)硝基被鋰離子還原成偶氮基,形成Li2O


圖2NBALS在鋰離子電池中的電化學(xué)性能


a)恒電流充電/放電曲線


b)0.1mVs-1的循環(huán)伏安圖


c)在0.5C的電流密度下脫鋰能力和庫倫效率與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系


d)倍率性能


圖3光譜分析


a)1個(gè)循環(huán)之前和之后的NBALS電極的拉曼光譜


b)1個(gè)循環(huán)之前和之后的NBALS電極的質(zhì)譜


c)1個(gè)循環(huán)之前和之后的NBALS電極的XRD光譜


d)從NBALS向偶氮化合物還原的圖示和計(jì)算


【小結(jié)】該工作由硝基化合物鋰化合成的偶氮化合物用于高性能LIBs的新型鋰離子電池活性材料。詳細(xì)表征表明,在初始鋰化過程中,硝基化合物不可逆地轉(zhuǎn)化為偶氮化合物和具有低ICE的Li2O。用于有機(jī)電極的硝基和偶氮化合物的發(fā)現(xiàn)為高性能LIBs提供了新的機(jī)會(huì)。


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