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Graphene Oxide Enabled Flexible PEO-Based Solid Polymer Electrolyte for All-Solid-State Lithium Metal Battery
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-03-16 , DOI: 10.1021/acsaem.1c00090 Jie Wen 1 , Qiannan Zhao 1 , Xiaoping Jiang 1 , Guipeng Ji 1 , Ronghua Wang 1 , Guanjie Lu 1 , Junfei Long 1 , Ning Hu 2, 3 , Chaohe Xu 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-03-16 , DOI: 10.1021/acsaem.1c00090 Jie Wen 1 , Qiannan Zhao 1 , Xiaoping Jiang 1 , Guipeng Ji 1 , Ronghua Wang 1 , Guanjie Lu 1 , Junfei Long 1 , Ning Hu 2, 3 , Chaohe Xu 1
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Exploring high performance solid electrolytes is essential for the practical application of solid-state lithium–metal batteries. Here, graphene oxide (GO) is employed to improve the electrochemical performance, thermal stability, and mechanical strength of the poly(ethylene oxide) (PEO) based electrolyte. The ionic conductivity of the hybrid electrolyte containing 1 wt % GO reaches 1.54 × 10–5 S cm–1 at 24 °C, which is 7 times that of the electrolyte without GO, and the activation energy decreases from 1.01 to 0.64 eV. It is found that GO can suppress the formation of crystalline nuclei of PEO, thus increase the amorphous regions, and improve the movement ability of the PEO segments. Importantly, GO-modified PEO electrolyte not only has a wide electrochemical window (∼5 V) but also increases the lithium ion migration number to 0.42. Taking advantage of the decent GO–PEO solid electrolyte, the symmetric Li/Li cell can stably cycle for 600 h with a very small overpotential (27 mV) at 0.1 mA cm–2, showing excellent performance in inhibiting lithium dendrites. Most importantly, the LiFePO4//GO–PEO//Li full battery also delivers superior cycle and rate properties, with an initial discharge capacity of 142 mAh g–1 at 0.5 C and 91% capacity retention after 100 cycles. Moreover, the full battery can stably cycle for more than 450 charge–discharge cycles at 1 C. It is anticipated that PEO polymer electrolyte modified by GO has great practical application potential.
中文翻译：
全固态锂金属电池用氧化石墨烯的柔性基于PEO的固态聚合物电解质
探索高性能固体电解质对于固态锂金属电池的实际应用至关重要。在此，氧化石墨烯（GO）用于改善聚环氧乙烷（PEO）基电解质的电化学性能，热稳定性和机械强度。含有1 wt％GO的混合电解质的离子电导率达到1.54×10 –5 S cm –1在24°C时，是没有GO的电解质的7倍，活化能从1.01 eV降低到0.64 eV。发现GO可以抑制PEO的晶核的形成，从而增加非晶区域，并提高PEO链段的移动能力。重要的是，GO改性的PEO电解质不仅具有宽的电化学窗口（〜5 V），而且还将锂离子迁移数提高到0.42。利用体面的GO-PEO固体电解质，对称的Li / Li电池可稳定循环600 h，在0.1 mA cm –2时具有非常小的过电势（27 mV），显示出出色的抑制锂树枝状晶体的性能。最重要的是，LiFePO 4// GO–PEO // Li充满电的电池还具有出色的循环和速率特性，在0.5 C时的初始放电容量为142 mAh g –1，在100次循环后的容量保持率为91％。此外，整个电池在1 C的温度下可以稳定地进行450多次充放电循环。可以预料，GO改性的PEO聚合物电解质具有很大的实际应用潜力。
更新日期：2021-04-26
中文翻译：
全固态锂金属电池用氧化石墨烯的柔性基于PEO的固态聚合物电解质
探索高性能固体电解质对于固态锂金属电池的实际应用至关重要。在此，氧化石墨烯（GO）用于改善聚环氧乙烷（PEO）基电解质的电化学性能，热稳定性和机械强度。含有1 wt％GO的混合电解质的离子电导率达到1.54×10 –5 S cm –1在24°C时，是没有GO的电解质的7倍，活化能从1.01 eV降低到0.64 eV。发现GO可以抑制PEO的晶核的形成，从而增加非晶区域，并提高PEO链段的移动能力。重要的是，GO改性的PEO电解质不仅具有宽的电化学窗口（〜5 V），而且还将锂离子迁移数提高到0.42。利用体面的GO-PEO固体电解质，对称的Li / Li电池可稳定循环600 h，在0.1 mA cm –2时具有非常小的过电势（27 mV），显示出出色的抑制锂树枝状晶体的性能。最重要的是，LiFePO 4// GO–PEO // Li充满电的电池还具有出色的循环和速率特性，在0.5 C时的初始放电容量为142 mAh g –1，在100次循环后的容量保持率为91％。此外，整个电池在1 C的温度下可以稳定地进行450多次充放电循环。可以预料，GO改性的PEO聚合物电解质具有很大的实际应用潜力。
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