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Biomimetic surface design enables a resilient solid electrolyte interphase for high-performance anodes
Energy Storage Materials ( IF 18.9 ) Pub Date : 2024-11-07 , DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103871 Yue Zhai, Zhen Wei, Jiaxing He, Ziyun Zhao, Qiang Li, Yiran Jia, Qing He, Shichao Wu, Quan-Hong Yang
Energy Storage Materials ( IF 18.9 ) Pub Date : 2024-11-07 , DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103871 Yue Zhai, Zhen Wei, Jiaxing He, Ziyun Zhao, Qiang Li, Yiran Jia, Qing He, Shichao Wu, Quan-Hong Yang
Surface coating presents an effective methodology for mitigating the detrimental effects of large volume changes inherent to high-capacity anode materials (e.g. Si, SiOx ). However, designs often prioritize the protection of internal active particles, inadvertently neglecting the intricate interplay between the coating layer and the external electrolyte which exhibits profound influences on the solid electrolyte interphases (SEIs). Inspired by the extracellular polymeric substance (EPS) protecting biological cells (e.g. yeast) from predation and chemical damages, we prepare a conducting polymer-based EPS system (CP-EPS) on a surface bilayer comprising soft carbon membranes and compact graphene walls, constructing the biomimetic cellular structure. The CP-EPS chemically interacts with electrolyte catalyzing the symbiosis of integrated LiF-enriched SEIs and physically provide sufficient resilience for SEIs. This resilient SEIs offer excellent reaction kinetics and roughness which protects the structural integrity of the particle and itself from pulverization and excessive SEI thickening. The prepared SiOx anode delivers a superior average coulombic efficiency of 99.4 % over 200 cycles at 0.5C and a high reversible capacity of 730 mAh g-1 after 300 cycles at 2C.
中文翻译:
仿生表面设计为高性能阳极提供弹性固体电解质界面
表面涂层提供了一种有效的方法,可以减轻高容量负极材料(例如 Si、SiOx)固有的大体积变化的不利影响。然而,设计通常优先考虑对内部活性颗粒的保护,而无意中忽略了涂层和外部电解质之间错综复杂的相互作用,这对固体电解质界面 (SEI) 产生了深远的影响。受保护生物细胞(例如酵母)免受捕食和化学损伤的细胞外聚合物物质 (EPS) 的启发,我们在由软碳膜和致密石墨烯壁组成的表面双层上制备了一种基于导电聚合物的 EPS 系统 (CP-EPS),构建仿生细胞结构。CP-EPS 与电解质发生化学相互作用,催化整合的富含 LiF 的 SEI 的共生关系,并在物理上为 SEI 提供足够的弹性。这种有弹性的 SEI 具有出色的反应动力学和粗糙度,可保护颗粒及其结构完整性免受粉碎和过度 SEI 增稠。制备的 SiOx 负极在 0.5C 下循环 200 次后提供 99.4% 的卓越平均库仑效率,在 2C 下循环 300 次后提供 730 mAh g-1 的高可逆容量。
更新日期:2024-11-07
中文翻译:
仿生表面设计为高性能阳极提供弹性固体电解质界面
表面涂层提供了一种有效的方法,可以减轻高容量负极材料(例如 Si、SiOx)固有的大体积变化的不利影响。然而,设计通常优先考虑对内部活性颗粒的保护,而无意中忽略了涂层和外部电解质之间错综复杂的相互作用,这对固体电解质界面 (SEI) 产生了深远的影响。受保护生物细胞(例如酵母)免受捕食和化学损伤的细胞外聚合物物质 (EPS) 的启发,我们在由软碳膜和致密石墨烯壁组成的表面双层上制备了一种基于导电聚合物的 EPS 系统 (CP-EPS),构建仿生细胞结构。CP-EPS 与电解质发生化学相互作用,催化整合的富含 LiF 的 SEI 的共生关系,并在物理上为 SEI 提供足够的弹性。这种有弹性的 SEI 具有出色的反应动力学和粗糙度,可保护颗粒及其结构完整性免受粉碎和过度 SEI 增稠。制备的 SiOx 负极在 0.5C 下循环 200 次后提供 99.4% 的卓越平均库仑效率,在 2C 下循环 300 次后提供 730 mAh g-1 的高可逆容量。