研究内容

锂离子电池（LIBs）提供了许多好处，但微量电解质泄漏会导致严重的安全风险，如热失控。尽管气体传感器提供了一种潜在的解决方案，但LIBs中电解质溶剂的复杂性使得开发能够普遍检测多种溶剂分子的传感材料具有挑战性。

安徽大学郭正/陈黎使用自模板热解策略合成Ag@Ag2O功能化SnO2纳米花，用于灵敏检测常见溶剂分子和广泛使用的电解质。这些传感器通过引入丰富的氧空位而增强Ag@Ag2O功能化，表现出优异的灵敏度，特别是对碳酸二甲酯，在200°C的工作温度下，响应为106-100 ppm，检测限低至11.76 ppb，响应/恢复时间快（28/55s）。相关工作以“Universal Gas-Sensitive Detection of Various Lithium-Ion Battery Electrolyte Leakages via Ag@Ag2O-Functionalized SnO2 Nanoflowers with Abundant Oxygen Vacancies”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1. 作者使用自模板热解策略合成Ag@Ag2O功能化SnO2纳米花，用于通用和灵敏地检测常见的电解质溶剂分子，包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸乙烯酯（VC）、二甲氧基乙烷（DME）和二甘醇二甲醚（DGDME）。

要点2. 功能化Ag@Ag2O引入丰富的氧空位（OV），结合纳米花的大比表面积，显著提高了它们的气敏性能。在200°C的工作温度下，传感器表现出106-100 ppm DMC的显著响应、11.76 ppb的低检测限和28秒和55秒的快速响应/恢复时间。

要点3. 密度泛函理论（DFT）计算进一步验证了这些传感材料的有效性。在模拟的LIB泄漏场景中，包括穿刺模拟和各种电解质注入，传感器对各种电解质反应迅速，突出了它们的实际应用潜力。

本研究强调了一种制备复合传感材料的有效方法，并强调了我们的通用检测方法对储能装置电解质泄漏的实际监测的现实意义。

研究图文

图1.（a）通过原位自模板热解合成策略制备Ag@Ag2O功能化SnO2纳米花的制造示意图。（b，c）Ag@Ag2O-SnO2-3整体和单个结构的SEM。（d）Ag@Ag2O-SnO2-3单个物体的透射电子显微镜图像。（e）Ag@Ag2O-SnO2-3的TEM，圆圈虚线框表示Ag@Ag2O。（f）Ag@Ag2O-SnO2-3的HRTEM。（g−j）Ag@Ag2O-SnO2-3的HAADF-STEM以及分别对应于Sn、Ag和O的元素映射。

图2.（a）SnO2和Ag@Ag2O功能化SnO2传感器在不同温度下的100 ppm响应。（b）SnO2和Ag@Ag2O-SnO2-3传感器在250和200°C下，不同DMC浓度的实时响应曲线。（c）SnO2和Ag@Ag2O-SnO2-3传感器的响应与浓度的关系。（d，e）SnO2和Ag@Ag2O-SnO2-3传感器在250和200°C下，100 ppm DMC的响应/恢复时间曲线。（f）Ag@Ag2O-SnO2-3传感器在低DMC浓度下的多种响应/恢复曲线。（g）Ag@Ag2O-SnO2-3传感器在低DMC浓度下的响应误差条的线性拟合。（h）Ag@Ag2O-SnO2-3传感器在温度为200°C下的稳定性。插图：第1天和第30天对500 ppb DMC的响应阻力曲线。

图3.（a）对5 ppm DMC和其他不同电解质溶剂挥发性气体的选择性。（b）Ag@Ag2O-SnO2-3传感器用于不同体积（0.1-0.5 μL）的DMC/EC/EMC电解质注入测试的实时响应/恢复曲线。（c）Ag@Ag2O-SnO2-3传感器用于电解质注入测试的实时响应/恢复曲线。（d）Ag@Ag2O-SnO2-3传感器进行LIB泄漏模拟测试。上述所有实验均在200°C的操作温度下进行。

图4. Ag@Ag2O-SnO2-3传感器暴露于（a）空气和（b）DMC分子的气体传感操作示意图。（c）空气和（d）DMC分子的传感器的相应能带结构。通过DFT计算进行机理研究：（e）Ag@Ag2O-SnO2-3对于不同的溶剂分子优化吸附结构。颜色：Sn（蓝色）、O（红色）、Ag（灰色）、H（粉红色）和C（棕色）。

文献详情

Universal Gas-Sensitive Detection of Various Lithium-Ion Battery Electrolyte Leakages via Ag@Ag2O-Functionalized SnO2 Nanoflowers with Abundant Oxygen Vacancies

Xi-Qian Sun, Yun-Feng Li, Li Chen,* Hong-Bao Li, Ren-Hui Gao, Jie Liu, Tian-Yu Yang, Zheng Guo*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05997

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