[发明专利]用分子薄膜壳修饰的电活性材料

说明书

提供了一种电化学活性结构，其具有核和至少部分地围绕核的壳。还提供了一种制备如本文所描述的电化学活性结构的方法以及包含如本文所描述的电化学活性结构的电化学电池。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月5日提交的美国临时申请号62/775,748的优先权，该临时申请的公开内容通过引用明确地并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种用作液体类型F-穿梭电池组中的电极材料的电化学活性结构。

背景技术

液体类型F-穿梭电池组中的电极，特别是阴极，常包含金属材料。然而，金属材料溶解到电池组的液体电解质中将限制这样的材料的使用。近来，已研究了包含金属材料核和由固态离子导体的薄膜制成的壳的结构以保护金属材料使之免于溶解。

发明内容

然而，由固态离子导体的薄膜制成的壳材料可能限制金属材料的功能，例如因高的离子电阻而提供不可接受地缓慢的充电和放电。因此，本领域需要减少和/或消除这些缺点的可用于液体类型F-穿梭电池组中的电化学活性结构。

本公开总体上涉及一种电化学活性结构，其包含核和至少部分地围绕核的壳，其中所述核包含电化学活性材料而所述壳包含壳材料，例如由分子物种制成的薄膜。本公开还涉及一种制备如本文所描述的电化学活性结构的方法以及包含如本文所描述的电化学活性结构的电化学电池。

附图说明

本专利或申请文件含有至少一张彩色绘制的附图。在请求和支付必要费用的情况下，专利局将提供带一张或多张彩色附图的本专利或专利申请公开的副本。

图1A示出了根据本公开的方面的一种实例电化学活性结构。

图1B示出了根据本公开的方面的一种实例电化学活性结构。

图1C示出了根据本公开的方面的一种实例电化学活性结构。

图2示出了对根据本公开的方面的一种电化学活性结构充电和放电的实例示意图。

图3示出了根据本公开的方面的一种电化学活性结构的实例透射电子显微镜(TEM)图像。

图4示出了如实施例II中所述的热重分析(TGA)图。

图5示出了根据实施例III的容量-电势图。

图6示出了根据实施例III的X-射线粉末衍射(p-XRD)图案。

图7示出了根据实施例IV的容量-电势图。

图8示出了根据实施例IV的容量-放电电流图。

图9示出了根据实施例IV的X-射线粉末衍射(p-XRD)图案。

图10示出了如根据实施例I制备的铜纳米线表面上的壳的实例示意图。

图11示出了根据实施例I制备的电化学活性结构中铜核的XPS谱图。

图12示出了根据实施例I制备的电化学活性结构中来自壳材料的氮的XPS谱图。

图13示出了根据实施例I制备的电化学活性结构中来自壳材料的碳的XPS谱图。

图14示出了根据实施例I制备的电化学活性结构中来自壳材料的氧的XPS谱图。

图15示出了根据本公开的方面的一种实例电化学电池的示意图。

图16示出了根据实施例V在零偏置电势(ΔV＝0)下SAM区域中氟离子的平均局部密度c和氟离子与电极的平均距离d。

图17A示出了根据实施例V在若干电极电势下氟离子SAM嵌入的平均力势(PMF)。