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許康等人JACS.：SEI實現可切換、可愈合的離子門控！

來源：時間：2023-08-07 10:27:02 瀏覽：2416次

第一作者：Lei Tao

通訊作者：許康教授、熊輝教授、Peng Bai、林鋒

通訊單位：美國陸軍研究實驗室、美國博伊西州立大學、圣路易斯華盛頓大學、美國弗吉尼亞理工大學

DOI: 10.1021/jacs.3c03429

01

研究背景

可再充電電池中的固體電解質間相（SEIs）超過電解質的熱力學穩定性極限，同時允許工作離子的傳輸，保證在極電位下的電極反應不可逆。這種選擇性離子轉運自然發生在生物細胞膜中，是許多生物過程的普遍前提和生物多樣性的基礎。此外，電池膜可對外界刺激選擇性地打開和關閉離子通道，從而產生“幫助管理電池內反應的門控”機制。存在一個問題：SEIs的化學性質和結構是否可以模擬電池膜，是否可能用SEI實現可切換的離子門控？即SEIs能否實現電池的電容器離子插入化學和離子插入化學兩種電化學行為之間的可逆切換？基于此，美國陸軍研究實驗室許康教授等人報道了一種導致熱激活選擇性離子傳輸的特殊情況。這種門控開關功能受到SEIs的化學和結構動力學的控制，具有精確的行為作為導電和絕緣間相，使電池和電容過程在有限的溫度窗口。

02

文章要點

1、作者發現了SEI的一個迄今為止未知的方面，它作為一個熱激活的傳輸門控，它可以在插入電池（門打開）和雙層電容器（門關閉）之間切換工作離子的電化學行為。熱開關過程中富NaF的SEI層的動態演化是實現這種離子設計的關鍵。此外，升高的溫度也提供了熱能來克服離子輸運能壘。氟化添加劑和含氟鹽的還原電位決定著SEI的無機內層的化學和結構，決定了離子門控的形成和功能。因此，NaF在操作條件下的溶解和再生動力學決定了離子門控開關的可操作性和可逆性。

2、作者報告了一種用SEI實現可切換的離子門控，這種門控開關功能受到SEIs的化學和結構動力學的控制，具有精確的行為作為導電和絕緣間相，使電池和電容過程在有限的溫度窗口。離子門控表現出很強的抗中斷彈性，即使在損傷后也可以愈合。

3、該工作有助于未來的電池化學反應設計更好的間相。目前未知的離子門控現象的機制，使得能夠精確地定制所需的SEIs，并在電池環境中修復損壞的SEIs。

03

圖文展示

圖1.電池中的離子傳輸

圖2. SEI表征

圖3.可逆的熱門控離子傳輸

圖4. SEI溶解和再生

圖5.鈉離子電池中離子傳輸的SEI特性響應總結

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