陈立锋Angew：光激发增强聚合物电解质中的高离子电导率，用于室温下工作的柔性全固态锂金属电池

设计具有高离子电导率、可在室温下工作的固体聚合物电解质 (SPE)，对于推动灵活的全固态储能设备的发展至关重要。要开发出安全、稳定、高性能的固态聚合物电解质，迫切需要创新的策略。在这项工作中，我们在光催化设计原理的指导下，引入了光激发调制异质结作为SPE内的催化活性填料，并采用天然细菌纤维素来增强无机填充SPE的机械性能。原位光热实验和理论计算显示，聚（环氧乙烷）电解质中的微量异质结在光激发下产生的强光生电场显著增强了锂盐解离，提高了移动Li+的浓度。这导致离子电导率大幅提高，在25 °C时达到0.135 mS cm-1，Li+转移数高达0.46。这种柔性全固态锂金属袋电池即使在反复弯曲和折叠后仍能显示出令人印象深刻的放电容量（178.8 mAh g-1），并表现出卓越的长期循环稳定性，在1 C（25 °C）条件下循环250 次后仍能保持86.7%的初始容量。这项研究为开发高性能柔性锂金属电池提供了一种新方法。

图文简介

在分子水平上说明光驱动室温( LDR )固体电解质的合理设计

Co3O4/TiO2异质结的表征及其与Li+和TFSI-离子的相互作用

( a ) P-N异质结中IEF的图解表示。( b )原位FTIR测试的TFSI-阴离子对比率。( c )开光和关光条件下的原位FTIR光谱。( d )光激发条件下PEO/LiTFSI和LDR固态聚合物电解质薄膜中电场产生的FDTD模拟。( e )应力-应变曲线和( f )相应的光学图像显示了固体聚合物电解质的机械变形。( g ) PEO/LiTFSI和LDR固态聚合物电解质在折叠和恢复状态下的光学图像。

( a , b) Li||LDR||Li对称电池在电流密度为0.5 mA cm -2下连续交变光照和温度变化的原位测试。( c ) LDR固态聚合物电解质在光照和无光照条件下的原位XRD图谱。(d) COMSOLMultiphysics模拟对-Co3O4/n-TiO2在光照下产生的内置电场和对-Co3O4/n-TiO2在光照下产生的电场。( e ) PEO/LiTFSI和( g ) P-N + PEO/LiTFSI电解质的( e , g) Kelvin探针力显微镜界面电位图像。( f ) PEO/Li TFSI和( h ) P-N + PEO / LiTFSI界面电位的( f , h)高斯统计分布。

( a ) LFP||LDR||Li电池的倍率性能。( b )软包电池示意图。( c )基于LDR固体聚合物电解质的可充电电池的图像。( d , e)柔性软包电池在( d ) 0.2 C和( e ) 1.0 C (测试温度: 25℃)下的循环稳定性测试。( f )在0.2 C(测试温度: 25℃,截止电压: 3.0 ~ 4.3 V)下，NCM811||LDR||Li软包电池的循环性能和( g )充电/放电曲线。

论文信息

通讯作者：Li-Feng Chen