防辐射服评测乙二醇二甲醚
【论文链接】
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.04.034
【作者单位】
aCenterfor Cooperative Research on Alternative Energies (CIC energiGUNE), Basque
Research and Technology Alliance (BRTA).
bIkerbasque, Basque Foundation for Science.
cDepartamentode Química Inorgánica, Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad del
PaísVasco (UPV/EHU) Barrio Sarriena s/n.
dChemica lSciences Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN.
【论文要点】
1 本研究报道溶剂-盐相互作用以及它们如何调节Na-air/ O2电池性能的研究。利用合适的电解质材料仍然是研究领域关注的一个重点，因为电解质在循环过程中的稳定性和分解途径与电池容量和循环寿命密切相关。
2 乙二醇二甲醚基溶剂在Na-O2电池中得到了广泛的应用，但迄今为止，溶剂/电解质性能与电池性能之间的关系还不清晰。在此，本文研究了DME、DEGDME、TEGME中乙二醇二甲醚链长度对Na-O2电池循环性能的影响。
3 并得出结论：电池的整体性能高度依赖于溶剂的选择，盐浓度和放电/充电速率。作者通过实验和理论方法的结合，将盐-溶剂的相互作用与溶解焓联系起来，进而与钠电池的电解质特性联系起来，从而演示了溶剂选择如何有助于电池的化学性质和性能。本研究中所详述的方法可用于预测制备Li-air电池电解质、其它基于乙二醇二甲醚基的电化学系统和低温应用。
【图文摘取】
1. NaClO4在DME/DEGDME/TEGDME中的配位结构:理论和实验方法
Figure 1. DFT optimized structures ofisolated DME, DEGDME, and TEGDME solvent molecules and corresponding Na-solvent complexes containing n glyme molecules.
Figure 2. Simulated infrared spectra of the glyme molecules and complexes from the DFT results in Figure 1. Left-most plots focus on the C-O-C stretching region, while the right most plots display the C-C-O bending/twisting modes. The arrows follow resonance wave number shift due to solvent-ion coordination with increasing Na ion mole fraction (relative concentration). From bulk DME to tightly bound glyme, the C-O-C stretch shows ared shift, while the C-C-O twist shows a blue.
Figure 3. DFT reaction energies for the formation of [Na-(M)n]+ complexes (black curve), or the formation of n[Na-(M)]+ isolated dimers (red curve). Values are in eV.
Figure 4. Left-most plots show Lorenzi and econvolution of the C-C-O bending/twisting region in the FTIR-ATR spectra: neat DME on top and 0.2 mole fraction in DME (moles of NaClO4/ totalmole of solution) on bottom. Right-most plots highlight the blue and red shift of the C-C-O bend/twist (top) and C-O-C stretch (bottom), respectively, due to coordination of Na+.
Figure 5. Apparent coordination number as a function of Na salt concentration (Mole fraction
NaClO4= moles of NaClO4 / total moles)
Table 1 – Gutmann’s acceptor (AN) anddonor numbers (DN) described in literature.
2. Enthalpy of dissolution by calorimetry
Table 2. Enthalpy of dissolution values (?H(sol)) for the three studied glymes in NaClO4 measured by calorimetry.
Figure 6. “Spider chart” to compare the physicochemical properties of the three studied solvents (DME, DEGDME and TEGDME).
3. Electrochemistry: ORR and cyclability tests
Figure 7. Cycling behaviour of Na-O2 cells in different glymes containing to a fixed capacity (0.5 mAh cm-2) (a, b) 0.1 M and and (c, d) 1.5 M NaClO4, at two current densities (65 and 125 μA cm-2)
【论文总结】
1 该研究证明了在Na-O2电池中，乙二醇二甲醚链段的长短和动态特性会影响电池的充放电速率，从而影响电池的整体性能。从动力学角度看，Na+在二甲醚中的迁移速度最快，在三甲醚中的迁移速度最慢，这本质上是一种粘度效应。
2 然而，由于二甲醚的电荷屏蔽效应较小，即当Na+离开或进入二甲醚体系时，许多二甲醚分子将四处移动并消耗能量，因此二甲醚的去溶剂化能可能较难克服。二甲醚的稳定性似乎也不如其他二甲醚。对TEGDME来说，它是缓慢的，体积大，并且有多达四个螯合位点，这导致了缓慢的Na+转运和高的去溶剂化能量屏障。
3 在低盐浓度和高盐浓度/低速率下，二甲醚似乎是首选溶剂，因为它在稳定性、粘度和配位结构方面存在折中，从而在传输和反应动力学方面获得最佳结果。按照本工作中确定的思路，应该可以设计出新的溶剂/盐体系，其性能适合其他领域。
郑重声明：版权归原作者所有，由于学识水平有限难免出现偏差，建议感兴趣者点击左下角阅读原文，再点击右上角…用浏览器打开，可直接下载原文（无需有权限），感谢您的支持和关注。欢迎转发和转载，请在显著位置注明出处。
