1. 首页
  2. 锂离子电池

纹身染料作为锂离子电池正极材料,脑洞大开!

目前,硅碳负极材料作为商业化石墨的替代品即将登上历史的舞台,但若想要更大幅度提高锂离子电池的能量密度,高比容量正极材料仍是主要影响因素。近日,韩国浦项科技大学Moon Jeong Park等人利用一种天然的衍生橙红色染料——指甲花醌(2-羟基-1,4-萘醌)作为锂离子电池正极材料。同时,作者还引入相类似结构的萘醌和甲萘醌作为对比,来说明指甲花醌的结构和性能。

纹身染料作为锂离子电池正极材料,脑洞大开!

图1.指甲花醌,萘醌和甲萘醌的化学结构图(a),HOMO–LUMO能量图(b)和不同的分子排列结构图(c)纹身染料作为锂离子电池正极材料,脑洞大开!

图2. (a)指甲花醌,萘醌和甲萘醌单晶体的光学显微镜图;(b) 指甲花醌的SEM和SAED图,说明指甲花醌具有高结晶度的三斜晶结构

        电导率测试结果表明,指甲花醌的电导率高达1.01×10−8 S/m, 远远高于萘醌(2.36×10−9 S/m) 和甲萘醌(8.98×10−10 S/m)。作者采用典型的循环伏安测试,通过峰电流Ip和扫速v0.5的关系得到:指甲花醌具有最高的锂离子扩散系数DLi(氧化反应锂离子扩散系数为6.32×10-8 cm2/s;还原反应锂离子扩散系数1.09×10-7 cm2/s。这一数值对于萘醌来说是2.43×10−82.43×10−8 cm2/s,对于甲萘醌是1.74×10−91.66×10−9 cm2/s

纹身染料作为锂离子电池正极材料,脑洞大开!

图3.(a)基于阳极和阴极扫描结果,使用Randles–Sevcik方程计算Li+在两电极的离子扩散系数;(b) 采用GDL集流体有机正极的制备示意图;(c) 指甲花醌,萘醌和甲萘醌作为锂电正极材料的首次充放电曲线图

      作者组装了半电池测试了三者的储锂性能:在1.9-3.0V电压范围内和0.2C(54mA/g)的电流密度下,指甲花醌的容量高达280mAh/g,这一容量达到了其理论比容量的99%。远远高于萘醌(190mAh/g)和甲萘醌(130 mAh/g)的比容量。此外,其质量比能量更是高达664Wh/kg,这不仅高于萘醌(475Wh/kg),还高于目前商业化的LiCoO2(520Wh/kg)。在0.5C倍率下循环1000次后,指甲花醌的比容量为277mAh/g,容量保持率为99%,库伦效率>99%。

纹身染料作为锂离子电池正极材料,脑洞大开!图4. (a)指甲花醌,萘醌和甲萘醌三者的倍率性能曲线;(b)在1.9-3.0V电压范围内和0.5C倍率下,指甲花醌的寿命循环和库伦效率曲线

指甲花醌被用为染发和纹身的染料已经有5000多年的历史了。相信在未来的绿色电极材料领域,它将会开启新篇章。

材料制备过程

指甲花醌从指甲花的叶子中提取(Witch公司)。将40g的指甲花放置到烧杯中加入1L去离子水,剧烈搅拌过夜。然后,加热烧杯至75℃保温4h,直至溶液颜色变为褐色。随后,加入NaHCO3(≥99.5%,Sigma-Aldrich),过滤溶液,并用0.1 MHCl进行酸化。紧接着,用乙醚对滤液萃取三次后再用柱层析法进一步纯化。最后,真空干燥萃取液可得到指甲花醌粉末。

参考文献及声明

Joungphil Lee, Moon Jeong Park*, Tattooing Dye as a Green Electrode Material for Lithium Batteries, Adv. Energy Mater. 2017, 1602279 (DOI: 10.1002/aenm.201602279)

本文由能源学人编辑Lyncccom发布整理,非特别说明为独家版权,转请注明出处:https://nyxr-home.com/12254.html

参考文献:

联系我们

15521390112

邮件:nyxrtg@163.com

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息

QR code