基于 UiO-66@PVDF-HFP 多功能隔膜的准固态钠离子混合电容器：选择性电荷转移与高安全性
应用物理
2021-06-18 v1 材料科学
摘要
钠离子混合电容器的实际应用受其阴极与阳极间动力学失配导致的低能量密度，以及与易燃电解液-隔膜体系相关的火灾安全性问题所限制。为此，我们报道了一种金属有机框架（MOFs，UiO-66）修饰 PVDF-HFP 隔膜的合理设计。该隔膜的高拉伸强度与尺寸热稳定性降低了因隔膜变形引起电极短路的风险。MCC 测试表明峰值热释放速率（pHRR）降低了 75%，说明隔膜的阻燃性能增强。这是由于 UiO-66 转化为 ZrO2，同时消耗氧气并形成阻隔炭层，抑制了进一步的热释放。基于该隔膜制备的准固态电解质呈现出增强的离子电导率 2.44 mS*cm-1 与钠离子迁移数 0.55，这与隔膜的高孔隙率（>70%）和电解液吸液率（约 320%）有关。此外，UiO-66 的开放金属位点可捕获 PF6- 并随之释放 Na+ 以实现更快迁移，从而减小阴极与阳极间的动力学失配。这种多功能隔膜使准固态钠离子混合电容器实现了高能量密度（182 Wh*kg-1 @31 W*kg-1）与功率密度（5280 W*kg-1 @22 Wh*kg-1），以及优异的循环稳定性（10000 圈 @1000 mA*g-1）。
引用
@article{arxiv.2106.09654,
title = {Quasi-solid-state sodium-ion hybrid capacitors enabled by UiO-66@PVDF-HFP multifunctional separators: selective charge transfer and high safety},
author = {Wenliang Feng and Jing Zhang and Abdulmalik Yusuf and Xiang Ao and Dongfeng Shi and Vinodkumar Etacheri and De-Yi Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.09654},
year = {2021}
}