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康衛民/劉瑞平/李玉濤EEM：具有豐富表面氧空位的CeO2納米線可實現復合聚合物電解質中的快速鋰離子傳導

低成本和柔性的固體聚合物電解質在具有高能量密度和安全性的全固態鋰金屬電池中很有前景。然而，這些電解質的低室溫離子電導率和小的Li⁺遷移數顯著增加了電池的內阻和過電位。

在此，天津工業大學康衛民教授、中國礦業大學劉瑞平教授及美國德克薩斯大學奧斯汀分校李玉濤博士等人將具有大表面積和豐富表面氧空位的Gd摻雜 CeO₂ (GDC) 納米線引入聚合物電解質，以增加GDC納米線與聚合物電解質之間的相互作用，以促進鋰鹽離解并增加復合聚合物電解質中移動鋰離子的濃度。

圖1. GDC納米線及聚合物電解質的表征

優化后的復合聚合物電解質在30°C下具有5×10^-4 S cm^-1的高鋰離子電導率和 0.47的大鋰離子遷移數。

具有復合聚合物電解質的固態Li/Li對稱電池在60 °C、高達1.2 mA cm^-2的電流密度時表現出優異的循環穩定性，證實了復合電解質與金屬鋰負極的良好界面相容性。此外固態Li/LiFePO₄和Li/NMC電池也表現出良好的循環穩定性和高庫侖效率。

圖2. 固態Li-Li對稱電池的電化學性能

圖3. 固態Li/LiFePO₄和Li/NMC電池的電化學性能

Optimized CeO₂ nanowires with rich surface oxygen vacancies enable fast Li-ion conduction in composite polymer electrolytes, Energy & Environmental Materials 2021. DOI: 10.1002/eem2.12272

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