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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
忠南國(guó)立大學(xué)Jaebeom Lee等綜述：全固態(tài)鋰硫電池商業(yè)化研究進(jìn)展
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忠南國(guó)立大學(xué)Jaebeom Lee等綜述：全固態(tài)鋰硫電池商業(yè)化研究進(jìn)展 2024-7-29 10:11 |系統(tǒng)分類:論文交流 研究背景 鋰離子電池(LIBs)具有高的能量密度和長(zhǎng)的循環(huán)壽命，使其成為便攜式設(shè)備和電動(dòng)汽車中儲(chǔ)能的首選。然而，LIBs面臨著能量?jī)?chǔ)存能力低、低溫性能差以及電極的高活性和有機(jī)電解質(zhì)的易燃性導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)等挑戰(zhàn)，無法滿足不斷增長(zhǎng)的需求。設(shè)計(jì)具有高離子導(dǎo)電性和在常溫下具有良好可成型性的固態(tài)電解質(zhì)(SSEs)可能是解決LIBs安全問題和提高能量密度的可行解決方案。全固態(tài)鋰硫電池(ASSLSBs)具有出色的熱穩(wěn)定性，且硫化物基固態(tài)電解質(zhì)具有較高的離子導(dǎo)電性能，并能在循環(huán)過程中保持低的界面電阻。此外，硫化物材料還具有良好的機(jī)械性能和降低的成本。然而，在基礎(chǔ)科學(xué)研究和現(xiàn)實(shí)世界實(shí)施之間存在顯著差距，這是阻礙ASSLSBs在商業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要障礙。 1.png Advances in All‑Solid‑State Lithium–Sulfur Batteries for Commercialization Birhanu Bayissa Gicha, Lemma Teshome Tufa, Njemuwa Nwaji, Xiaojun Hu & Jaebeom Lee* Nano-Micro Letters (2024)16: 172 https://doi.org/10.1007/S40820-024-01385-6 本文亮點(diǎn) 1. 討論了開發(fā)實(shí)用性全固態(tài)鋰硫電池(ASSLSBs)的挑戰(zhàn)以及提出的解決這些關(guān)鍵挑戰(zhàn)的概念。 2. 討論了固態(tài)電解質(zhì)、正極和高性能負(fù)極的最新進(jìn)展，包括與離子傳輸、電化學(xué)性能和加工方法相關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。 3. 提出了ASSLSBs商業(yè)化應(yīng)用以及該領(lǐng)域未來研究和開發(fā)工作的前景。 內(nèi)容簡(jiǎn)介 基于鋰-硫的可逆氧化還原過程的全固態(tài)鋰硫電池(ASSLSB)作為儲(chǔ)能系統(tǒng)展現(xiàn)出巨大的潛力，超越了傳統(tǒng)的鋰離子電池。這主要?dú)w因于其卓越的能量密度、更長(zhǎng)的使用壽命和更高的安全性能。雖然有這些優(yōu)勢(shì)，但ASSLSB的商業(yè)化應(yīng)用卻進(jìn)展緩慢。為了加快這一領(lǐng)域的研究和開發(fā)，忠南國(guó)立大學(xué)Jaebeom Lee等對(duì)ASSLSB的現(xiàn)狀進(jìn)行了全面回顧。深入分析了轉(zhuǎn)向ASSLSB的基本原理，探討了所涉及的基本科學(xué)問題，并對(duì)ASSLSB面臨的主要挑戰(zhàn)進(jìn)行了全面評(píng)估。并且建議該領(lǐng)域的未來研究應(yīng)優(yōu)先考慮大幅減少非活性物質(zhì)的使用，采用性能最佳的電極，最大限度地減少界面電阻，并設(shè)計(jì)一種可擴(kuò)展的制造方法以促進(jìn)ASSLSB的商業(yè)化。 圖文導(dǎo)讀 I 對(duì)全固態(tài)鋰硫電池的需求 1.1 安全問題 電池的安全性在很大程度上受其化學(xué)組成、工作環(huán)境和承受濫用能力的影響。在這些因素中，熱失控是電池安全研究的焦點(diǎn)，因?yàn)榭赡軐?dǎo)致鋰離子電池系統(tǒng)的災(zāi)難性故障。如圖1a所示，電解質(zhì)和活性材料之間的分解過程導(dǎo)致的放熱反應(yīng)通常被認(rèn)為是熱失控期間釋放能量的來源。不需要有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰硫電池(ASSLSB)避免了與熱穩(wěn)定性差的聚合物隔膜和有毒易燃的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)相關(guān)的潛在危險(xiǎn)。在ASSLSBs中固體電解質(zhì)具有出色的熱穩(wěn)定性，即使在超過200°C的環(huán)境中也能表現(xiàn)出色。并且ASSLSB還可以阻止鋰金屬枝晶生長(zhǎng)，這是困擾鋰離子電池的一個(gè)問題。 1.2 對(duì)高能量密度電池的需求不斷增長(zhǎng) 硫具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1672 mAh g⁻1的比容量，可以顯著提高ASSLSBs的能量密度，從而在與鋰金屬陽極結(jié)合時(shí)提高整體能量密度。圖1b所示通過將納米非晶硫沉積在還原氧化石墨烯(rGO)上以提高的導(dǎo)電性。rGO@S納米復(fù)合材料在乙炔黑和導(dǎo)電性Li₁₀GeP₂S₁₂復(fù)合材料中均勻分布，使電池在1.0 C下穩(wěn)定循環(huán)750次并保持了830 mAh g⁻1的容量。圖1c所示，銀柱石玻璃陶瓷SSEs用來制備高性能硫正極，當(dāng)與薄的Li結(jié)合時(shí)，可以得到能量密度超過300 Wh kg⁻1的硫基ASSLIBs(圖1d)。圖1e所示，使用PEO/LLZO復(fù)合聚合物電解質(zhì)和硫正極組成的S@LLZO@C顯示出有望達(dá)到900 mAh g⁻1的容量。 1.3 原材料供應(yīng)和可持續(xù)性挑戰(zhàn) 近年來LIBs的成本大幅下降，但由于陰極中除鋰外還需要昂貴的過渡金屬，包括鈷、鎳和錳，制造成本仍然受到限制。全固態(tài)鋰硫電池(ASSLSBs)用易獲得的物質(zhì)(如硫)替代稀缺和昂貴金屬是一種理想的選擇。與目前在LIBs中使用的基于重金屬的鈷、錳化合物和磷酸鹽相比，硫更具經(jīng)濟(jì)性(當(dāng)前硫的成本為0.1美元/千克，而LiCoO₂當(dāng)前的成本為30美元/千克)。 2.png 圖1. (a)LIBs熱失控的三個(gè)階段；(b)ASSLSB的原理圖；(c)SEM圖像；(d)Swagelok電池示意圖和Li-S ASSBs的結(jié)構(gòu)；(e)50 ℃時(shí)，S@LLZO@C和S@C正極在0.1 mA cm⁻2下的充放電曲線。 II 全固態(tài)鋰硫電池的基本原理 如圖2a所示，ASSLSB的工作原理與傳統(tǒng)LIBs相似，在放電過程中，正極發(fā)生還原，而負(fù)極發(fā)生氧化，Li離子通過SSEs從負(fù)極遷移到正極。在SSEs中存在三種主要的離子遷移途徑：(1)空位擴(kuò)散，其中離子移動(dòng)到附近的空位；(2)直接間隙傳輸，發(fā)生在未完全填充的位點(diǎn)之間；(3)配位或相關(guān)的間隙，其中間隙離子轉(zhuǎn)移并迫使附近的晶格離子間交換位置。 2.1 硫化物基固態(tài)電解質(zhì) 20世紀(jì)60年代，當(dāng)β-氧化鋁首次應(yīng)用于能夠承受高溫的Na-S電池之后，固態(tài)電解質(zhì)開始被研究。最初開發(fā)的氧化物SSEs的離子導(dǎo)電性較低，限制了其在ASSLSBs中的應(yīng)用。與氧化物基電解質(zhì)相比，硫化物基電解質(zhì)與Li離子形成的鍵弱，這歸因于硫的電負(fù)性較低和離子半徑比氧大，使得硫化物電解質(zhì)具有更高的離子導(dǎo)電性。 如圖2b所示，由于其顆粒之間的間距更大，無機(jī)玻璃通常被認(rèn)為比晶體形式的同類材料具有優(yōu)越的離子導(dǎo)電性。高溫下在玻璃組分內(nèi)形成的超離子亞穩(wěn)態(tài)晶相，將導(dǎo)致離子導(dǎo)電性高于初始玻璃混合物。玻璃晶化是產(chǎn)生超離子亞穩(wěn)態(tài)相的可行的選擇。Li₃PS₄表現(xiàn)出三種不同的結(jié)構(gòu)：低溫時(shí)的γ相，中溫時(shí)的β相和高溫時(shí)的α相。圖2c所示，γ相中的PS₄3⁻四面體以特定方式取向，Li原子可以在兩個(gè)位置檢測(cè)到。PS₄3⁻四面體以鋸齒方向排列，其頂點(diǎn)在相反方向交替，而β相表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)上更大的混亂。圖2d也證實(shí)當(dāng)Li₂S含量達(dá)到80Li₂S·20P₂S₅時(shí)，會(huì)形成thio-LISICON II相，該相將離子導(dǎo)電性增強(qiáng)至常溫下的1.3×10⁻3 S cm⁻1，并具有單斜結(jié)構(gòu)。 Ag₈GeS₆具有立方菱形結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞含有136個(gè)四面體位置。其中一些位置被Ag⁺和Ge⁴⁺離子占據(jù)，導(dǎo)致陽離子的極其無序的排列。圖2e利用Li⁺離子替代Ag⁺離子，并將鹵素原子互換，提高了其離子電導(dǎo)率。圖2f所示的Thio-LISICON(硫化物超離子導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)中，硫原子形成密集排列的六角形圖案，重金屬陽離子占據(jù)四面體位置，Li原子在八面體位置表現(xiàn)出無序。 2.png 圖2. (a)全固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)Li₁₀GeP₂S₁₂的晶體結(jié)構(gòu)；(c)Li₆PS₅X (X = Cl, Br, I)的晶胞結(jié)構(gòu)，PS₄3⁻在八面體位置；(d)473 K下Ag₈GeSe₆的立方晶體結(jié)構(gòu)；(e)xLi₂S(100−x)P₂S₅ (x = 70和80 mol%)玻璃和微晶玻璃的室溫電導(dǎo)率(σ25)和活化能(Ea)與熱處理溫度的關(guān)系；(f)面共享的S₃I₂雙四面體。 2.2 硫化物基正極材料 由于成本效益和1675 mAh g⁻1的高理論比容量，元素S成為ASSLSBs中極具潛力的活性組分。此外，S和硫化物固體電解質(zhì)之間的化學(xué)兼容性對(duì)ASSLSBs(圖3a)是有利的。圖3b為將rGO@S復(fù)合材料并入LGPS中導(dǎo)致電子和離子導(dǎo)電性增強(qiáng)，同時(shí)減少了陰極的應(yīng)力和應(yīng)變以及Li離子的擴(kuò)散距離。這一發(fā)現(xiàn)表明，涂有硫的rGO復(fù)合材料可以應(yīng)用于ASSLSBs中，以提高電池性能。 金屬硫化物相較于硫單質(zhì)具有更高的電導(dǎo)率和離子的擴(kuò)散速率。然而，由于金屬硫化物的分子量，其能量密度低于硫單質(zhì)。因此，科學(xué)家們探索將金屬硫化物與元素S結(jié)合來平衡能量密度和電化學(xué)性能。圖3c所示為將硫和VS2結(jié)合制造高性能的ASSLSBs，在活性材料載量為1.7 mg cm⁻2時(shí)展現(xiàn)出1444 mAh g⁻1的可逆容量。圖3d比較了固態(tài)和液體電池中SnS材料的電化學(xué)性能，SnS基固態(tài)電池第一個(gè)循環(huán)的容量衰減為8.2%，而液體電池的不可逆容量損失為44.6%。 有機(jī)硫化合物中的S原子與有機(jī)框架共價(jià)結(jié)合，確保了S的均勻分布，防止了聚集，從而增加了可利用量。圖3e中，首次將PTTCA用做ASSLSBs正極，當(dāng)PTTCA與碳納米管和硫化物電解質(zhì)結(jié)合時(shí)，電池顯示出410 mAh g⁻1的可逆容量。 作為S完全放電的產(chǎn)物，Li₂S用作正極材料時(shí)，其體積變化得到有效的抑制。但由于低電導(dǎo)率和大的激活能壘，Li₂S無法用于ASSLSBs。圖3f為一種混合傳導(dǎo)Li₂S納米復(fù)合材料，包括均勻分散在碳基底中的納米Li₂S和Li₆PS₅Cl，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。圖3g為使用Li金屬與CS2反應(yīng)時(shí)原位制備Li₂S@C納米復(fù)合材料，在0.2 mA cm⁻2下表現(xiàn)出1186 mAh g⁻1的容量，并在1.75 mg cm⁻2的載量下在700個(gè)循環(huán)后保持了的93%容量保持率。 4.png 圖3. (a)在S₈和Li₆PS₅Cl (LPSCl)的SSE之間加入無機(jī)鋰離子導(dǎo)電物質(zhì)(3Li⁺-PS₄+n3⁻ (n≥0))以增強(qiáng)S₈的離子接觸；(b)非晶rGO@S-40復(fù)合材料在硅基底上的原子力顯微鏡(AFM)圖像；(c)充放電曲線；(d)基于SnS納米晶體的全固態(tài)電池設(shè)計(jì)示意圖；(e)使用LPS電解質(zhì)和聚三硫氰尿酸PTTCA正極的ASSLSB原理圖；(f)Li₂S−Li₆PS₅Cl−C納米復(fù)合材料的高分辨率透射電鏡(HRTEM)圖像；(g)不同Li₂S載量的充放電曲線。 2.3 全固態(tài)鋰硫電池負(fù)極材料 鋰金屬由于其低密度(0.59 g cm⁻3)、最負(fù)的電位(-3.04 V vs. SHE)和極高的理論比容量(3860 mAh g⁻1)，被認(rèn)為是鋰電池中最理想的負(fù)極材料。但其高的反應(yīng)性限制了在ASSLSBs中的適用性。Li金屬與P-S和M-S鍵之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致極化和界面阻抗急劇上升。此外，Li可以在電極表面的任意位置沉積，并且Li負(fù)極存在大的體積變化。由于Li的局部沉積，會(huì)形成突起，導(dǎo)致“尖端效應(yīng)”發(fā)生。 在循環(huán)過程中，經(jīng)常觀察到Li基合金可以充當(dāng)保護(hù)層，增強(qiáng)界面粘附并促進(jìn)均勻的Li沉積和脫層。盡管這些材料具有可觀的比容量，但將Li基合金用作ASSLSB負(fù)極材料仍存在一些科學(xué)和實(shí)際挑戰(zhàn)。硅是另一種廣泛認(rèn)可的負(fù)極材料，其具有4200 mAh g⁻1的高比容量，使其成為ASSLSBs的潛在選擇。 III 重新定義全固態(tài)鋰硫電池的挑戰(zhàn) 3.1 界面穩(wěn)定性 SSEs和電極之間的界面阻抗會(huì)降低在體相中的導(dǎo)電性。與使用液態(tài)電解質(zhì)時(shí)的固態(tài)-液態(tài)界面接觸不同，ASSLSBs中的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在固態(tài)-固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的界面上(圖4a)。界面問題可能源自Li金屬負(fù)極與SSEs之間的直接相互作用，由于Li金屬具有非常高的還原性，導(dǎo)致與電解質(zhì)之間發(fā)生必然的副反應(yīng)。另外，圖4b所示在電池運(yùn)行過程中，硫化物衍生的SSEs面臨大量的界面障礙。硫化物基正極在每一次充電中暴露于高電位時(shí)，化學(xué)互擴(kuò)散和界面分解同時(shí)發(fā)生，在界面處產(chǎn)生絕緣副產(chǎn)物，這是增加界面阻抗的主要原因。 3.2 鋰枝晶 圖4c所示，Li枝晶的生長(zhǎng)和刺穿SSEs是ASSLSBs商業(yè)化面臨的問題。鋰枝晶仍然可能滲透到電解質(zhì)中，導(dǎo)致SSEs中部分短路。在ASSLSBs中Li枝晶的生長(zhǎng)可以歸因于多種因素。首先，SSEs與Li金屬負(fù)極之間的界面缺陷可能導(dǎo)致孔隙的形成，促進(jìn)枝晶生長(zhǎng)。其次，由于制造技術(shù)導(dǎo)致的SSEs低壓實(shí)密度也可能導(dǎo)致孔隙形成并促進(jìn)枝晶生長(zhǎng)。第三，SSEs晶體和晶體界面之間的電導(dǎo)率差異可能導(dǎo)致在晶界位置處枝晶的優(yōu)先沉積和溶解。最后，復(fù)合電解質(zhì)中的可塑相(通常由聚合物組成)相比于機(jī)械強(qiáng)度較高的無機(jī)SSEs更有利于枝晶的蔓延。 3.3 體積膨脹和電化學(xué)不穩(wěn)定性 活性材料在充放電時(shí)會(huì)發(fā)生體積的膨脹和收縮導(dǎo)致裂痕的產(chǎn)生，使電池難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期循環(huán)。涉及轉(zhuǎn)化化學(xué)的電極材料，如硫(S)，通常會(huì)有很大的體積膨脹。當(dāng)硫鋰化為L(zhǎng)i₂S時(shí)，與純硫相比顯示出約80%的體積變化。然而，剛性的固態(tài)電解質(zhì)(SSEs)很難容納硫的體積變化，導(dǎo)致復(fù)合正極內(nèi)的應(yīng)力積累，長(zhǎng)期循環(huán)將導(dǎo)致機(jī)械斷裂，包括裂紋的形成。圖4d所示，為了解決這個(gè)問題，通常施加大的外部壓力，以增強(qiáng)各種組件之間的物理界面接觸。然而，由于體積波動(dòng)引起的應(yīng)力仍然存在，限制了在低外部壓力下的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。 3.4 工藝挑戰(zhàn) 加工技術(shù)的進(jìn)步對(duì)于ASSLSBs至關(guān)重要，許多特定于ASSLSBs的挑戰(zhàn)阻礙了它們的廣泛應(yīng)用(圖4e)。首先，當(dāng)暴露在潮濕環(huán)境中時(shí)，硫化物是不穩(wěn)定的，需要惰性加工環(huán)境以及對(duì)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的額外成本。其次，硫化物SSEs的合成程序通常涉及小規(guī)模高能球磨，這在轉(zhuǎn)向較大規(guī)模時(shí)會(huì)對(duì)產(chǎn)能和可加工性造成限制。最后，SSEs的機(jī)械性能欠佳，具有低斷裂韌性的特征，因此在制備薄膜狀SSE時(shí)存在挑戰(zhàn)。 3.5 監(jiān)管審批和標(biāo)準(zhǔn)化 目前，沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)來管理ASSLSBs的生產(chǎn)和利用。它們受到適用于所有電池的橫向安全和性能標(biāo)準(zhǔn)的約束。主要的差異出現(xiàn)在SSEs的利用方面，與液體或凝膠電解質(zhì)相比，引入了安全和性能細(xì)微差別，當(dāng)前的法規(guī)未能充分解決這些問題。這種可變性是由于獨(dú)立制造商開發(fā)獨(dú)特流程，導(dǎo)致在質(zhì)量、性能和成本上出現(xiàn)分歧。標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的缺乏已經(jīng)阻礙了ASSLSBs的大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛采用。 6.png 圖4.(a)雙極堆疊固態(tài)電池電芯示意圖；(b)采用SSEs作為電解液的ASSLSBs存在的主要限制原理圖；(c)多晶LLZO中鋰枝晶生長(zhǎng)形態(tài)；(d)在固定PEO (n = 795)和鹽的比例(r = 13)下改變PC體積分?jǐn)?shù)(fPC)；(e)硫沉積和由此產(chǎn)生的阻塞是導(dǎo)致高載量硫正極失效的原因。 IV 加速全固態(tài)鋰硫電池商業(yè)化的戰(zhàn)略 4.1 增強(qiáng)性能 為了精確評(píng)估實(shí)際能量密度，需要對(duì)所有組分進(jìn)行徹底檢查，并且充分考慮活性材料的容量限制。這項(xiàng)工作的中心目標(biāo)之一涉及將SSEs降至微米尺度，以減少非活性物質(zhì)的存在(圖5a)。SSEs需要維持其機(jī)械完整性的同時(shí)減小厚度。將無機(jī)添加劑納入聚合物基體中合成碳基SSEs，這種SSEs與電極的接觸增強(qiáng)，展示了優(yōu)越的機(jī)械性能，并促進(jìn)了更高的離子導(dǎo)電性。將高電壓正極與鋰金屬負(fù)極搭配可能是增加ASSLSBs能量密度的有效策略。 4.2 改進(jìn)電池設(shè)計(jì)以提高效率 電池工程包括界面工程和整個(gè)電池運(yùn)行條件的優(yōu)化(圖5b)。目前最重要的是在正極和負(fù)極之間建立穩(wěn)固的電解質(zhì)界面。為了實(shí)現(xiàn)高能量密度，ASSLSBs需要由Li金屬組成的負(fù)極。當(dāng)具有強(qiáng)還原性的Li金屬與SSEs接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的界面。通過在Li金屬陽極和電解質(zhì)之間建立保護(hù)層，阻止不良化學(xué)反應(yīng)并提高穩(wěn)定性。理想的SEI具有電絕緣、與Li金屬負(fù)極兼容以及高Li離子導(dǎo)電性等特征。為了開發(fā)穩(wěn)固的SEI，已經(jīng)探索了各種方法，包括復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(CSE)構(gòu)建，原子層沉積(ALD)以及磁控濺射。圖5c為利用原位反應(yīng)制備了具有低電子導(dǎo)電性的穩(wěn)定SEI。 熱力學(xué)穩(wěn)定性的陰極-固體電解質(zhì)界面對(duì)電池的穩(wěn)定性也至關(guān)重要。圖5d將La₂Zr₂O₇納米纖維(LZONs)和聚乙烯氧化物(PEO)與活性材料相結(jié)合，生成了一種復(fù)合陰極。氧空位豐富的LZONs不僅通過高效通道促進(jìn)Li離子的傳輸，還作為陰離子錨點(diǎn)，加快Li化合物的解離，并在PEO粘合劑內(nèi)產(chǎn)生足夠數(shù)量的自由Li離子，顯著提高了Li離子傳輸效率。此外，先進(jìn)的表征方法，如冷凍電子顯微鏡，可以幫助理解Li枝晶的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)ASSLSBs的發(fā)展。 4.3 大規(guī)模制造的策略 為成功將ASSLSBs整合到市場(chǎng)中，必須從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的制造轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟮墓I(yè)生產(chǎn)流程。對(duì)于擴(kuò)展ASSLSBs的可行的策略將涉及創(chuàng)建類似于傳統(tǒng)LIB中使用的疊片電極。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須推進(jìn)SSEs薄膜和電極的高通量制造工藝的發(fā)展。在ASSLSBs中制造電極有許多技術(shù)，漿料涂覆技術(shù)不同于成熟的LIB制造方案。將SSEs引入電極中顯著改變了基于溶液的制造過程。氣溶膠沉積技術(shù)(ADM)和脈沖激光沉積(PLD)主要用于沉積窄SSEs層。 7.png 圖5.(a)在電池開發(fā)過程中要考慮的技術(shù)水平，以及各自的活性與非活性材料比的定性說明；(b)理想的高能量固態(tài)電池組示意圖；(c)Li/ZnO@LATP@ZnO/Li對(duì)稱電池在不同電流密度下的長(zhǎng)循環(huán)性能；(d)IS-CDL的制作過程示意圖；(e)制造固態(tài)電池的不同濕涂層技術(shù)示意圖；(f)DF制造示意圖；LPSCl浸潤(rùn)LCO電極的(g)FESEM橫截面圖像和(h)橫截面HRTEM圖像。 V 總結(jié)和展望 本文全面回顧了ASSLSBs的現(xiàn)狀，深入分析了其轉(zhuǎn)型背后的基本問題，深入研究了基本的科學(xué)原理，并對(duì)阻礙其商業(yè)化的主要挑戰(zhàn)進(jìn)行了全面的評(píng)估，并建議把重點(diǎn)放在以下幾個(gè)主要方面，以加快ASSLSBs的商業(yè)化: ASSLSBs的大規(guī)模生產(chǎn)面臨著一系列復(fù)雜的挑戰(zhàn)，需要?jiǎng)?chuàng)新的策略才能解決。減輕硫電極的內(nèi)在不穩(wěn)定性，并制定有效的封裝方法以對(duì)抗多硫化物穿梭是關(guān)鍵。此外，優(yōu)化制造過程以提高能量密度、循環(huán)壽命和整體電池性能要求采用全面方法，結(jié)合成本效益、環(huán)境影響和安全性。 為增強(qiáng)ASSLSBs的實(shí)際能量密度，一個(gè)關(guān)鍵因素在于減少非活性物質(zhì)的比例。將SSEs的厚度減少到微米級(jí)別將有助于降低非活性材料的比例，但也要注意在減小厚度和維持SSEs的機(jī)械完整性之間找到平衡。 ASSLSBs的商業(yè)化面臨著電極性能低和界面電阻高的挑戰(zhàn)。應(yīng)該將廣泛的研究和開發(fā)工作集中改進(jìn)電極材料的設(shè)計(jì)和制造上。此外，調(diào)整電極-電解質(zhì)界面至關(guān)重要。表面修改、界面工程和建立保護(hù)性涂層都可以幫助減少界面電阻，提高整體電池效率。 作者簡(jiǎn)介 8.png Jaebeom Lee 本文通訊作者 忠南國(guó)立大學(xué) 教授 ▍主要研究領(lǐng)域 磁光納米粒子合成、性能研究以及在生物、診斷、治療等方面的應(yīng)用研究。 ▍個(gè)人簡(jiǎn)介 近年來多次在國(guó)際知名期刊發(fā)表多篇文章，目前已經(jīng)昵牖衽淖ɡ啻�21項(xiàng)。曾多次獲得國(guó)內(nèi)外獎(jiǎng)項(xiàng)，2017年榮獲信息通信技術(shù)與規(guī)劃部頒發(fā)的“卓越研究獎(jiǎng)”；2014年獲得納米韓國(guó)頒發(fā)的“40項(xiàng)年度發(fā)明”；2011年獲得PNU頒發(fā)的“優(yōu)秀研究員”獎(jiǎng)；2007年獲得韓國(guó)研究基金會(huì)新教師獎(jiǎng)、韓國(guó)-美國(guó)納米論壇青年科學(xué)家獎(jiǎng)；2006年獲得密歇根大學(xué)LG Micron Ind/Aca研究獎(jiǎng)學(xué)金; 2005年獲得密歇根大學(xué)計(jì)劃科學(xué)與工程教育學(xué)者(SEESP)獎(jiǎng)；2004年密歇根大學(xué)新生研究卓越獎(jiǎng)；2002年獲得羅伯特戈登大學(xué)研究生教育獎(jiǎng)學(xué)金；1999年獲得羅伯特戈登大學(xué)研究生獎(jiǎng)學(xué)金獎(jiǎng)；2001年、2000年獲得SPIE學(xué)生羅伯特戈登大學(xué)旅游補(bǔ)助金獎(jiǎng)。 ▍Email：nanoleelab@cnu.ac.kr 撰稿：原文作者 編輯：《納微快報(bào)(英文)》編輯部 關(guān)于我們 9.jpg Nano-Micro Letters《納微快報(bào)(英文)》是上海交通大學(xué)主辦、在Springer Nature開放獲取(open-access)出版的學(xué)術(shù)期刊，主要報(bào)道納米/微米尺度相關(guān)的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微納米材料與結(jié)構(gòu)的合成表征與性能及其在能源、催化、環(huán)境、傳感、電磁波吸收與屏蔽、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等數(shù)據(jù)庫收錄，2023 IF=31.6，學(xué)科排名Q1區(qū)前3%，中國(guó)科學(xué)院期刊分區(qū)1區(qū)期刊。多次榮獲“中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”、“中國(guó)高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等榮譽(yù)，2021年榮獲“中國(guó)出版政府獎(jiǎng)期刊獎(jiǎng)提名獎(jiǎng)”。歡迎關(guān)注和投稿。 Web: https://springer.com/40820 E-mail: editor@nmlett.org Tel: 021-34207624 |
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