11月16日,周一

这个是第二天补的,前天晚上没睡,直接通宵写作业…

昨晚太累了就没写,现在补上

虽然很累但是还是熬到很晚才睡,半强迫性

昨天的事情其实乏善可陈,还是写写关于URO的吧


我要写关于应用方面的literature review,可能就几百字吧,应该不会上千

乱七八糟看了不少,这里简单总结一下,因为看得比较快所以听粗略,很可能有错,不过有问题之后再改吧

关于高熵陶瓷,从15年被提起来,这几年产生的潜在应用还是挺多的,今年四月份就有篇Nature Reviews(传说中的超高IF综述类())总结这些年来的发展。我这次还是计划集中在最传统的,也就是刚刚提出来的时候主流观点认为的氧化物,锂离子电池方面。

最早提出的高熵氧化物(HEO)是(MgCoNiCuZn)O,除了比如反铁磁和力学性能的这些物理性质,电化学上,被发现这种材料的锂离子传导性能很好,有成为固体电池电解质材料的潜力。关于这个的机理,目前似乎还没有特别明确的结论,David Bérardan的团队在16年提出了该性质可能和其中电位补偿产生的氧空位有关,氧空位提供了锂离子扩散的通道。但是在19年的关于该内容的后续文章里,他们提出具体的机理还有待研究,因为尽管在锂离子浓度较低时扩散效果提升很显著,但是当占到25%以上,氧空位增加时,扩散速率却不再有显著提升。他们认为氧空位在高浓度下可能会作为trapping center或者和锂离子生成中性物质消耗锂离子,从而降低离子传导性能。

Abhishek Sarkar在18年发的文章里又提到了作为电极材料,有良好的可循环性和储锂性能,这也是电池电极材料的痛点之一。该性质的机理据推测可能因为在锂离子结合/脱离 (de-/lithiation),大概就是对应充放电过程时结构比较稳定,不会发生整体性的结构变化,而只有个别氧离子参与了反应。他们认为只有Co2+, Cu2+参与锂化,另外几种氧离子稳定了结构,使得该材料在多次循环之后仍能保持足够好的性能。对比之下,传统锂电池老化原因之一便是电极材料在锂化/脱锂过程中,往往会发生结构变化,从而使嵌锂位置减少,导致多次充放电之后性能下降(电池老化的具体机理我也不太清楚,貌似是这样)。

除了上面提到的这几点之外,(MgCoNiCuZn)O还有巨大的介电常数,但是原因尚不明确。

所以作为和锂电池相关的储能材料,结合该材料的性能,可以被用作电极材料或者电解质。作为电解质,由于其优良的锂离子传导能力,可能成为全固态电池电解质的可选材料。而作为电极材料方面的应用,相比作为电解质受到的关注更多。(MgCoNiCuZn)O可以直接被作为阳极(anode)材料,或是和Li和F结合后也可用作阴极(cathode)材料。而在实际应用中,作为阴极和阳极也都表现出了可接受的性能,如循环后仍较大的放电容量和较高的能量密度。除了和性质直接相关的优势,还有社会方面的优势,如该材料相对较低的Co离子含量,可以降低Co的使用。目前电池多使用钴酸锂(Lithium Cobalt Oxide,钴含量69%)作为阳极材料。Co的大量使用一方面提高了成本,另一方面钴矿多集中在刚果,赞比亚等国家,开采过程中可能存在非法雇佣童工等社会问题,减少Co的使用一定程度上有助于减轻对当地儿童的剥削。

差不多就是这个样子,之后还得补一下固体电池的优点。从固态电池的角度说说可能带来的改变和固态电池的发展前景。

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Author: Beiqi

I must be “in agreement” with the world in order to live happily