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《【Journal of the American Chemical Society 】熔融分子是更安全锂离子电池的基石》

  • 来源专题：新能源汽车
  • 编译者： 王晓丽
  • 发布时间：2024-10-11

  • 康奈尔大学的研究人员通过将一对扭曲的分子结构融合在一起，创造出了一种多孔晶体，这种晶体可以吸收锂离子电解质，并通过一维纳米通道将其顺利传输--这种设计可能会带来更安全的固态锂离子电池。 该研究小组的论文 Supramolecular Assembly of Fused Macrocycle-Cage Molecules for Fast Lithium-Ion Transport 发表在 Journal of the American Chemical Society 上。 该项目由康奈尔大学工程系材料科学与工程助理教授、论文的资深作者Yu Zhong领导，他的实验室专门从事 "软 "材料和纳米级材料的合成研究，这些材料可以推动能源存储和可持续发展技术的发展。

    研究报道了一种由融合大环笼分子组装而成的新型超分子多孔晶体。 该分子由一个棱柱形笼子和三个径向连接的大环组成。 这些分子形成了具有一维（1D）纳米通道的纳米多孔晶体。 这种超分子多孔晶体可以吸收锂离子电解质，离子电导率高达 8.3 × 10-4 S/cm。 结构分析和密度泛函理论计算显示，高效的锂离子电解质吸收、一维纳米通道的存在以及锂离子与晶体之间的微弱相互作用，使得锂离子能够快速传输。 研究结果证明了融合大环笼分子作为离子传导分子晶体新设计图案的潜力。

    原文链接：Yuzhe Wang, Kaiyang Wang, Qing Ai, Stephen D. Funni, Ashutosh Garudapalli, Qiyi Fang, Suin Choi, Gangbin Yan, Shayan Louie, Chong Liu, Jun Lou, Judy J. Cha, Jingjie Yeo, Zexin Jin, and Yu Zhong.Journal of the American Chemical Society 2024 146 (37), 25433-25438DOI: 10.1021/jacs.4c08558


  • 原文来源：https://cleantechnica.com/2024/10/07/fused-molecules-are-building-blocks-for-safer-lithium-ion-batteries/
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  • 《【Journal of the American Chemical Society】熔融分子可以作为更安全锂离子电池的基石》
    • 来源专题：新能源汽车
    • 编译者：王晓丽
    • 发布时间：2024-10-08
    • 康奈尔大学的研究人员通过将一对扭曲的分子结构融合在一起，创造出了一种多孔晶体，它可以吸收锂离子电解质，并通过一维纳米通道将其顺利传输--这种设计可能会带来更安全的固态锂离子电池。 该团队的论文 "Supramolecular Assembly of Fused Macrocycle-Cage Molecules for Fast Lithium-Ion Transport "发表在 Journal of the American Chemical Society上。 该项目由实验室专门从事软性和纳米级材料的合成研究，这些材料可以推动能源存储和可持续发展技术的发展。  在传统的锂离子电池中，离子是通过液态电解质流动的。 但液态电解质会在电池的阳极和阴极之间形成尖锐的树枝状突起，导致电池短路，在极少数情况下还会发生爆炸。 固态电池会更安全，但这也带来了自身的挑战。 离子在固体中移动较慢，因为它们面临的阻力更大。 研究人员希望设计出一种多孔的新晶体，让离子可以通过某种途径移动。 这条通道必须平滑，锂离子与晶体之间的相互作用要弱，这样离子才不会粘在一起。 晶体需要容纳足够多的离子，以确保高浓度的离子。 论文研究了一种由融合大环笼分子组装而成的新型超分子多孔晶体。 该分子由一个棱柱形笼子和三个径向连接的大环组成。 这些分子形成了具有一维纳米通道的纳米多孔晶体。 这种超分子多孔晶体可以吸收锂离子电解质，离子电导率高达 8.3 × 10-4 S/cm。 结构分析和密度泛函理论计算显示，高效的锂离子电解质吸收、一维纳米通道的存在以及锂离子与晶体之间的微弱相互作用，使得锂离子能够快速传输。 研究结果证明了融合大环笼分子作为离子传导分子晶体新设计图案的潜力。 原文链接: Yuzhe Wang et al, Supramolecular Assembly of Fused Macrocycle-Cage Molecules for Fast Lithium-Ion Transport, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c08558
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  • 《【American Chemical Society】高性能钠离子阴极为锂离子电池替代品铺平道路》
    • 来源专题：新能源汽车
    • 编译者：王晓丽
    • 发布时间：2025-02-20
    • 普林斯顿大学的 Dinc? 小组宣布了一种令人兴奋的替代方法，它依靠一种有机高能阴极材料来制造钠离子电池，从而提高了该技术商业化的可能性，其组件更安全、更便宜、更可持续。 该研究成果发表在American Chemical Society上。 虽然科学家们在钠离子电池方面取得了一些进展，但主要由于其能量密度低而面临障碍： 与体积相比，它们的电池运行时间较短。 高功率密度与输出功率有关，也是影响其性能的因素之一。 同时实现高能量密度和高功率密度一直是替代电池面临的挑战，但 Dinc? 小组提出的阴极材料，一种名为双四氨基苯醌（TAQ）的层状有机固体，在能量密度和功率密度方面都优于传统的锂离子阴极，是一种真正可扩展的技术。 除了电动汽车之外，他们的研究还具有大规模储能应用的潜力，如数据中心、电网和商业规模的可再生能源系统。 Alexander Stewart 1886 化学系教授 Mircea Dinc? 说："每个人都明白，对于电池这样重要的东西来说，有限的资源会带来挑战，而锂在很多方面肯定是'有限'的。 钠实际上无处不在。 对我们来说，利用有机物和海水等真正丰富的资源制造电池，是我们最大的研究梦想之一。"能量密度是很多人关心的问题，因为你可以把它等同于电池中的电量。 能量密度越大，汽车在充电之前就能跑得越远。 我们已经给出了非常明确的答案，我们开发的新材料具有最大的能量密度，当然是以每公斤为单位，即使是以体积为单位，也能与目前最好的材料相媲美。"站在开发真正可持续的、具有成本效益的钠离子阴极或电池的前沿，确实令人兴奋"。 实验室一年前在 ACS Central Science 上首次报道了 TAQ 在制造锂离子电池方面的用途，强调了 TAQ 的优势。研究人员继续对其潜力进行了研究，尤其是当他们发现 TAQ 具有完全不溶性和高导电性这两项有机阴极材料的关键技术优势时。阴极是所有极化设备的重要组成部分。 于是，他们尝试使用同样的材料 TAQ 制造有机钠离子电池。这一过程耗时约一年，因为研究人员必须调整一些无法从锂离子技术中移植过来的设计原则。 最终，结果超出了他们的预期。他们的阴极性能接近理论最大容量的基准。 "我们选择的粘合剂--碳纳米管，促进了TAQ晶体和炭黑颗粒的混合，从而形成了一个均匀的电极，"Dinc?小组博士、论文第一作者陈天阳说。"碳纳米管紧紧包裹着TAQ晶体，并使它们相互连接。这两个因素都促进了电极体内部的电子传输，使活性材料的利用率几乎达到 100%，从而实现了几乎理论上的最大容量。 "碳纳米管的使用大大提高了电池的速率性能，这意味着电池可以在更短的时间内储存相同的能量。 原文链接: Tianyang Chen et al, High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.4c17713
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