贺高红&余桂华教授EcoMat:多孔膜应用在可充电锂电池中的最新进展

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【研究背景】

进入21世纪,人口增长和能源消耗是全球能源供应面临的重大挑战。智能电网系统和电动汽车的蓬勃发展对可再生能源存储技术提出了新的要求,并为其发展提供了机遇。二次电池系统可以通过化学能和电能的转换直接存储和释放能量,可充电锂电池(lithium rechargeable batteries,LRBs)因容量大、能量密度高、循环寿命长而备受关注。分级多孔膜为储能设备中的质量传输和离子扩散提供了平台,减少了非活性物质的比例,从而有效提高电池性能,选择合适的膜材料对实现LRBs的高能量密度、优异的倍率性能和长周期稳定性具有重要意义。


【工作介绍】

大连理工大学贺高红教授联合德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授EcoMat上发表了题为“Hierarchically Porous Membranes for Lithium Rechargeable Batteries: Recent Progress and Opportunities”的封面文章,针对近年来多孔膜在LRBs中应用的最新进展进行了综述,介绍了多孔膜的合成方法及影响因素;讨论了如何使用多孔膜作为电极/隔膜/插层来改善传质和电荷转移的问题。同时,根据基本热力学和动力学探讨了膜的结构与性质的关系。

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图一 杂志封面

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图二 Table of contents


【内容表述】

膜技术因其结构灵活、商业化前景好、规模化生产等独特优势在LRBs中得到广泛应用。膜可以作为传统电池系统的隔膜、电极和电解质。合理设计膜结构,选择合适的膜材料,进一步探索膜的制备-结构-性能关系,对于实现LRBs的高能量密度、优异的速率性能和安全性具有重要意义。


选择合适的聚合物膜制备方法是获得理想多孔结构的关键,通过相转化法、静电纺丝和3D打印等技术制备的多孔膜具有孔隙丰富、比表面积大等优势,可作为电池电极/隔膜/中间层和固体电解质材料的关键部件。膜材料的制备、结构和性能之间的关系是膜结构设计和膜材料化学成分优化的关键。不同结构的电池对多孔膜的要求各不相同,可以通过优化制备参数、适当的改性来提高膜的性能。同时,膜技术改善了离子/电解质的迁移和电荷转移特性,作为电极/隔膜/插层来解决电池需求面临的关键问题。另外,LRBs中的薄膜技术也为可伸缩可穿戴电子设备提供了新思路。

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图三 膜制备技术及其在LRBs中应用方向


Xiangcun Li, Helong Jiang, Yang Liu, Xuelin Guo, Gaohong He*, Zhong Chu, and Guihua Yu*. Hierarchically porous membranes for lithium rechargeable batteries: Recent progress and opportunities. EcoMat. 2022; 4(1):e12162. DOI:10.1002/eom2.12162


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参考文献: