梯度氫鍵粘合劑的能量耗散次序示意圖
近日,受天然抗疲勞肌聯(lián)蛋白高效應(yīng)力耗散現(xiàn)象啟發(fā),西安交通大學(xué)宋江選教授團(tuán)隊報道了一種梯度氫鍵聚合物粘合劑用于解決高比容硅基負(fù)極大體積膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力破壞。研究人員利用具有超支化結(jié)構(gòu)的單寧酸和聚(丙烯酸-co-2-羥乙基丙烯酸酯)構(gòu)建了具有高效應(yīng)力耗散功能的水系粘合劑。當(dāng)應(yīng)用于硅基負(fù)極時,該體系存在的多級氫鍵(-2.88 kcal mol-1~ -10.04 kcal mol-1)可以連續(xù)解離,高效地進(jìn)行能量/應(yīng)力耗散,從而避免了大應(yīng)力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞,有效解決硅負(fù)極的大體積膨脹問題,顯著提升其循環(huán)穩(wěn)定性。所制備的2 Ah NCM/Si-C軟包電池700次循環(huán)后容量保持率高達(dá)80.2%,有力地證明了該梯度能量耗散型粘合劑的實用性。研究人員進(jìn)一步通過變溫紅外光譜、核磁共振等表征方法并結(jié)合有限元模擬揭示了梯度氫鍵的演化和能量耗散機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表在國際知名期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上,西安交通大學(xué)材料學(xué)院博士生虎琳琳為文章第一作者。在此基礎(chǔ)上,團(tuán)隊進(jìn)一步基于動態(tài)二硫鍵的交換作用發(fā)展了兼具自修復(fù)功能和應(yīng)力耗散功能的雙功能聚合物粘合劑,實現(xiàn)硅基負(fù)極裂紋的快速自修復(fù),相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。新型自適應(yīng)智能粘合劑的開發(fā)為高比容電極材料的廣泛應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。
上述成果均以西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國家重點實驗室為第一單位,通訊作者為西安交通大學(xué)材料學(xué)院宋江選教授,論文合作者包括材料學(xué)院Goran Ungar教授、鄧俊楷教授、張啟路副教授。論文表征及測試得到西安交通大學(xué)分析測試共享中心和材料學(xué)院分析測試中心的支持。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、陜西省重點研發(fā)計劃、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項資金和西安交通大學(xué)青年拔尖人才計劃等資助。圖片(來源:西安交大)
原標(biāo)題:西安交大科研人員在高比能鋰離子電池研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展