【能源】Angew. Chem.：分子补偿预金属化策略用于金属离子电池和混合离子电容器- 大数跨境

【能源】Angew. Chem.：分子补偿预金属化策略用于金属离子电池和混合离子电容器

X-MOL资讯

2021-05-11

导读：中南大学化学化工学院纪效波课题组基于Kolbe电解反应报到了一种普适的分子补偿预金属化策略，并成功地用于高性能金属离子电池和混合离子电容器的构建。

预金属化，即预嵌入金属离子，被认为是为电化学储能体系中额外提供充足金属源的一种技术。预金属化在电化学储能体系中有着重要的作用，不仅能够有效地为金属离子电池补偿初始容量的损失，还可以增大混合离子电容器的工作电压并减少电解液的消耗。此外，预金属化的处理能够解决高活性碱金属带来的安全问题，能极大地加速电化学储能体系商业化的发展。目前，各种各样的预金属方法已经被报到并用于高性能电化学储能体系的构筑。值得注意的是，当前所报道大多数有效的预金属化方法都需要在极端的惰性条件中实施，操作繁琐且复杂。此外，预金属化技术缺少理论和实验方面的指导且预金属化程度难以准确把握。更重要的是，引入牺牲型正极添加剂被认为是一种能实现原位预金属过程十分实用的策略，然而正极添加剂分解电势的精准调控仍然是一个棘手的挑战性难题，不利于预金属化技术的发展。

近日，受到有机电化学方法的启发，中南大学化学化工学院纪效波课题组基于Kolbe电解反应报到了一种普适的分子补偿预金属化策略，并成功地用于高性能金属离子电池和混合离子电容器的构建。通过理论和实验两方面阐明了在此技术中金属羧酸盐添加剂的电化学氧化电势由氧-金属键的成键能决定，且进一步能被取代基团的电子结构和金属元素的软硬度所调控。

作者通过DFT 理论模拟计算和实验结果表明具有较大电荷密度的金属阳离子容易和羧酸阴离子形成稳定的氧-金属结构，从而限制了金属羧酸盐的氧化分解。而较软的金属阳离子形成的氧-金属键之间的相互作用力较弱，更容易断裂并实现有效的预金属化目的。另一方面，不饱和双键和π-共轭苯环能够增大氧-金属键的成键能，进而抑制添加剂的分解并伴随着更高的氧化电势。而具有给电子效应的基团能够减少金属离子和羧酸部分的相互作用，进而有效地降低添加剂的电化学氧化电势，带来更好的预金属化特性。

最终，通过该预金属化策略成功地实现了多种负极材料的预金属化并构筑了锂/钠离子电池和锂/钠/钾离子电容器电化学储能器件，提升了金属离子电池和混合离子电容器的能量密度和稳定性并极大地简化了整体组装流程。该工作基于有机电化学为预金属化技术开辟了一条创新的途径，为牺牲添加剂的合理设计提供了深入的见解和指导性的方向。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Molecularly Compensated Pre-metallation Strategy for Metal-ion Battery and Capacitor

Kangyu Zou, Zirui Song, Xu Gao, Huanqing Liu, Zheng Luo, Jun Chen, Xinglan Deng, Libao Chen, Guoqiang Zou, Hongshuai Hou, and Xiaobo Ji*

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202103569

导师介绍

纪效波

https://www.x-mol.com/university/faculty/15223

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