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许康等人JACS.：SEI实现可切换、可愈合的离子门控！

来源：时间：2023-08-07 10:27:02 浏览：1522次

第一作者：Lei Tao

通讯作者：许康教授、熊辉教授、Peng Bai、林锋

通讯单位：美国陆军研究实验室、美国博伊西州立大学、圣路易斯华盛顿大学、美国弗吉尼亚理工大学

DOI: 10.1021/jacs.3c03429

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研究背景

可再充电电池中的固体电解质间相（SEIs）超过电解质的热力学稳定性极限，同时允许工作离子的传输，保证在极电位下的电极反应不可逆。这种选择性离子转运自然发生在生物细胞膜中，是许多生物过程的普遍前提和生物多样性的基础。此外，电池膜可对外界刺激选择性地打开和关闭离子通道，从而产生“帮助管理电池内反应的门控”机制。存在一个问题：SEIs的化学性质和结构是否可以模拟电池膜，是否可能用SEI实现可切换的离子门控？即SEIs能否实现电池的电容器离子插入化学和离子插入化学两种电化学行为之间的可逆切换？基于此，美国陆军研究实验室许康教授等人报道了一种导致热激活选择性离子传输的特殊情况。这种门控开关功能受到SEIs的化学和结构动力学的控制，具有精确的行为作为导电和绝缘间相，使电池和电容过程在有限的温度窗口。

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文章要点

1、作者发现了SEI的一个迄今为止未知的方面，它作为一个热激活的传输门控，它可以在插入电池（门打开）和双层电容器（门关闭）之间切换工作离子的电化学行为。热开关过程中富NaF的SEI层的动态演化是实现这种离子设计的关键。此外，升高的温度也提供了热能来克服离子输运能垒。氟化添加剂和含氟盐的还原电位决定着SEI的无机内层的化学和结构，决定了离子门控的形成和功能。因此，NaF在操作条件下的溶解和再生动力学决定了离子门控开关的可操作性和可逆性。

2、作者报告了一种用SEI实现可切换的离子门控，这种门控开关功能受到SEIs的化学和结构动力学的控制，具有精确的行为作为导电和绝缘间相，使电池和电容过程在有限的温度窗口。离子门控表现出很强的抗中断弹性，即使在损伤后也可以愈合。

3、该工作有助于未来的电池化学反应设计更好的间相。目前未知的离子门控现象的机制，使得能够精确地定制所需的SEIs，并在电池环境中修复损坏的SEIs。

03

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