【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化學(xué)物理研究所氫能與先進(jìn)材料研究部氫化物能源化學(xué)研究中心(DNL1901組群)陳萍研究員、何騰研究員、于洋副研究員團(tuán)隊(duì)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)吳慧博士合作，將團(tuán)隊(duì)前期開發(fā)的金屬有機(jī)化合物材料(Metal Organic Compounds, MOCs)應(yīng)用于固態(tài)鉀離子導(dǎo)體(Potassium Solid-State Electrolytes, KSSEs)上，開發(fā)出一種全新的有機(jī)固態(tài)鉀離子導(dǎo)體，該導(dǎo)體具有優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性能和界面穩(wěn)定性。
開發(fā)固態(tài)電解質(zhì)是電池領(lǐng)域解決液態(tài)電解質(zhì)安全問題的有效手段之一。目前，固態(tài)電解質(zhì)的研究仍面臨諸多問題，例如離子電導(dǎo)率低、界面兼容性差、批量合成工藝復(fù)雜等。陳萍團(tuán)隊(duì)前期開發(fā)了一類金屬有機(jī)化合物材料，并將其應(yīng)用于鋰、鈉離子固態(tài)電解質(zhì)上(ACS Appl. Mater. Interfaces，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2023)，均表現(xiàn)出優(yōu)異的離子傳導(dǎo)能力和界面穩(wěn)定性。
本工作中，團(tuán)隊(duì)將金屬有機(jī)化合物材料拓展應(yīng)用至固態(tài)鉀離子導(dǎo)體上，合成出一種咔唑鉀新相(β-KCZ)及其四氫呋喃絡(luò)合物(KxCZ-yTHF)。研究發(fā)現(xiàn)，基于空位傳輸及中性分子輔助陽離子遷移的協(xié)同機(jī)制，K0.9CZ-0.7THF表現(xiàn)出快速的鉀離子傳導(dǎo)能力，在100 ℃下電導(dǎo)率達(dá)到了4.20×10-4S/cm。在使用K2S作為電極的對稱電池測試中，電解質(zhì)在超過400小時(shí)的電化學(xué)循環(huán)測試中保持穩(wěn)定，表現(xiàn)出較好的界面穩(wěn)定性和兼容性，此外，材料易于合成、成型工藝簡單。該工作為固態(tài)鉀離子導(dǎo)體以及全固態(tài)鉀離子電池的開發(fā)和設(shè)計(jì)提供了新的選擇和思路。
相關(guān)研究成果以“Synthesis, Structure and Ion Conduction of Potassium Carbazolides for Potassium Ion Solid-State Electrolytes”為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。該工作的第一作者是DNL1901組博士研究生郭家銓。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 郭家銓、于洋)
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