Atomic-scale regulation of anionic and cationic migration in alkali metal batteries

碱金属 材料科学 阳离子聚合 比例(比率) 化学 原子单位 金属 冶金 高分子化学 地理 有机化学 地图学 物理 量子力学
作者
Pan Xiong,Fan Zhang,Xiuyun Zhang,Yifan Liu,Yunyan Wu,Shijian Wang,Javad Safaei,Bing Sun,Renzhi Ma,Zongwen Liu,Yoshio Bando,Takayoshi Sasaki,Xin Wang,Junwu Zhu,Guoxiu Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 4184-4184 被引量:100
标识
DOI:10.1038/s41467-021-24399-9
摘要

Abstract The regulation of anions and cations at the atomic scale is of great significance in membrane-based separation technologies. Ionic transport regulation techniques could also play a crucial role in developing high-performance alkali metal batteries such as alkali metal-sulfur and alkali metal-selenium batteries, which suffer from the non-uniform transport of alkali metal ions (e.g., Li + or Na + ) and detrimental shuttling effect of polysulfide/polyselenide anions. These drawbacks could cause unfavourable growth of alkali metal depositions at the metal electrode and irreversible consumption of cathode active materials, leading to capacity decay and short cycling life. Herein, we propose the use of a polypropylene separator coated with negatively charged Ti 0.87 O 2 nanosheets with Ti atomic vacancies to tackle these issues. In particular, we demonstrate that the electrostatic interactions between the negatively charged Ti 0.87 O 2 nanosheets and polysulfide/polyselenide anions reduce the shuttling effect. Moreover, the Ti 0.87 O 2 -coated separator regulates the migration of alkali ions ensuring a homogeneous ion flux and the Ti vacancies, acting as sub-nanometric pores, promote fast alkali-ion diffusion.
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