新材料+結構設計 回顧2017年各院校電動車電池技術的研發動態

隨著各國燃油車禁售令的發布，電動汽車將逐步取代傳統的汽油車和柴油車，這已成為業內眾所周知的行業趨勢。為了提高電動汽車的續航里程，世界各地的大學和研究機構也致力于電池技術和產品的技術研發和測試。小編做了一些總結供讀者品嘗：得克薩斯大學達拉斯分校和韓國首爾國立大學關鍵詞：錳基鈉離子、鋰電池。

得克薩斯大學達拉斯分校

得克薩斯州，達拉斯）和首爾國立大學（首爾國立大學）

大學）聯合開發了一種全新的電池，該電池使用錳和鈉離子為基礎。

材料）材料。這種材料可以降低電池的成本，而且更環保，制造的電池可以用于電動汽車。

他們用鈉代替鋰，鋰是陽極中最大的材料，用錳代替鈷和鎳，鈷和鎳更昂貴、更稀缺。研究團隊采用了合理比例的原材料，克服了上述技術問題。他們首先使用計算機模擬，然后在電池達到最佳性能時確定每個原子的配置，然后在實驗室進行大量材料測試，直到成功開發。麻省理工學院關鍵詞：固態電池，鋰滲透，固態電解質，表面光滑度。

據外媒報道，麻省理工學院的研究人員和他們的德國同事共同提出，如果使用表面光滑的固體電解質，可以防止有害的鋰滲透，并可以提高固體鋰離子電池的性能。根據新的分析，表面的光滑度是這個問題的關鍵，電解質表面的細微裂紋和劃痕會導致金屬物體的堆積。在電化學反應（電化學）中

反應后），電解液中的鋰（離子）將開始積聚在其表面的微小缺陷（包括微小的凹坑、裂紋和劃痕）處。一旦鋰離子開始在缺陷處積聚，這種情況就會持續下去。這表明，研究人員需要專注于提高固體電解質表面的光滑度，這將消除或大大減少固體電解質枝晶的數量。為了避免易燃問題，未來可能會使用固體鋰金屬電極。此外，這一措施可能會使鋰離子電池的能量密度翻一番。東京工業大學關鍵詞：無鍺固態電解質，全固態電池的優勢，LGPS框架結構的優化和性能的提高。東京工業大學的研究人員開發了一種新的技術方案——無鍺固態電解質，可以降低固態鋰電池的成本，并致力于將這項技術應用于電動汽車、通信等行業。

無鍺固體電解質研究團隊發表在美國化學學會（ACS）期刊《材料化學》上

屬于

材料），其技術方案是用錫和硅代替固體電解質中的鍺，因為上述兩種材料的化學穩定性更強。與液體電解質相比，這種新材料提高了鋰離子的導電性。當談到他的研究結果時，Ryoji

Kanno和他的同事說：“這種固體電解質不含鍺，也許未來所有固態電池都會使用這種電解質。”全固態電池LiCoO2/LGPS/INLI采用LGPS電解質，其充放電性能相當出色。然而，鍺相對昂貴，這將限制LGPS材料的廣泛應用。在設計鋰離子導體時，晶體結構的類型也是一個重要因素。在未來，硅基和錫基無鍺材料都可以用作固態電解質并得到實際應用。

全固態電池與……相比的優勢……

mmon鋰離子電池采用鋰離子導電液體，未來的全固態電池具有以下優點：提高了安全性和可靠性，儲能更高，使用壽命更長。固體晶體這一超離子導體的研究提高了鋰離子的移動速度，從而推動了這類電池的研發進展。然而，這種充滿希望的設計曾經依賴于稀有金屬鍺的應用，這種應用過于昂貴，無法實現大規模應用。優化LGPS框架結構以提高性能在最近發表的一篇論文中，研究人員保持了相同的LGPS框架架構，并精細調整了錫、硅和其他成分原子的速度和位置分布。其研究成果LSPS材料（成分：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12）

（Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4）的鋰離子電導率在室溫下為1.1×10-2S。

Cm-1，幾乎接近原始LGPS結構的性能。雖然還需要進一步調整，但研究人員可以根據不同用途優化材料的財產，這為降低生產成本帶來了新的希望，同時又不犧牲材料的財產。萊斯大學：枝晶、石墨烯和碳納米管。

萊斯大學解決了長期困擾電池研究人員的電池枝晶問題。該大學開發的鋰金屬電池的容量是商用鋰離子電池的三倍。萊斯大學的設計團隊將鋰保存在一種獨特的陽極中，該陽極采用了一種由石墨烯和碳納米管組成的新工藝。

納米管）混合。根據研究人員的說法，樹突等鋰離子積累會滲透到電池的電解質中。如果枝晶導致陽極與陰極接觸，將導致短路，電池液滴可能會報廢。更重要的是，電池會著火或爆炸。詹姆斯，萊斯大學的化學家。

圖爾負責領導這個研究項目。據他介紹，當新電池充電時，鋰金屬表面將覆蓋一層均勻的高導電碳。

Hybrid）和碳納米管緊密粘附在石墨烯表面。Tour表示，新型陽極的碳納米管森林密度低、表面積大，電池充放電時有足夠的空間讓鋰離子顆粒游動。鋰金屬分布均勻，電解液中帶電的鋰離子會散開，抑制枝晶的增殖。Tour說：“很多人做電池研究，只關注陽極，因為研究整個電池更困難。為此，我們開發了一種配套的硫基陰極技術，與第一代超高容量鋰金屬陽極相匹配。目前，研究團隊正在重新生產這些電池、陰極和陽極進行中試。”。

規模），上述材料正在測試中。肯塔基大學和中國研究團隊關鍵詞：硅基氧化物陽極，非粘性硅基氧化物/碳復合材料，微SiOx/C核殼復合材料。

在充電周期中，當電池單元中的硅與鋰相互作用時，其膨脹和收縮可以達到300%。隨著時間的推移，它會明顯降低電池的性能，短路，最終導致電池報廢。為了改善上述缺點并通常保持電池的能量密度，

X≈1）制成鋰離子電池的陽極。硅基氧化物陽極的應用硅基氧化物的可逆比容量

具體的

容量）更高，并且循環性能也得到改善。然而，這種材料的體積變化是不可避免的，并且其導電性較弱。現在，中國和美國的研究團隊已經發表了自己的研究成果，并發現了兩種新的改進方法。美國團隊研究成果：非粘性硅基氧化物/碳復合材料肯塔基大學

來自肯塔基州的）研究團隊將硅基氧化物顆粒和硫酸鹽木質素（硫酸鹽

木質素），一種高性能的無粘結劑的合成物。

SiOx/C），其用于制造鋰離子電池的電極。經過熱處理后，木質素形成導電材料。

矩陣），可以容納大量硅基氧化物顆粒，并確保電子導電性（電子

電導率），c……

以及在鋰化/脫鋰過程中對體積變化的適應。這種材料不需要使用傳統的粘合劑或導電劑。由這種復合材料制成的電極的性能是優異的。與體積變化率相對較小（160%）的硅基氧化物電極相比，其機械和電化學性能優異，木質素-碳基體更具彈性，能夠適應體積變化。中國團隊的研究成果：微型SiOx/C核殼復合材料。中國的研究團隊開發了一種制備微SiOx/C核殼復合材料的有效解決方案。研究小組將檸檬酸（檸檬酸）

酸）與球磨制備的硅基氧化物混合碳化，得到均勻的SiOx/C核殼復合材料SiOx微核和檸檬酸碳殼（共形）。

碳殼）碳殼極大地提高了硅基氧化物的導電性，并緩解了在適應鋰化/除鋰反應過程中的體積變化。由SiOx/C復合材料制成的電極具有1296.3的可逆比容量。

MAh/g，庫侖效率高達99.8%，充放電200次后容量保持率為65.1%（843.5）。

毫安時/克）

據研究團隊介紹，該復合材料的放電效率優異，這種方法可以實現批量生產，具有成本效益，可以批量生產由SiOx/C復合材料制成的高性能陽極材料。德雷塞爾大學和中國團隊關鍵詞：MXene材料，“近即時”充電，超級電容器。

據外媒報道，美國德雷塞爾大學材料科學與工程專業的研究人員與法國和以色列的研究人員一起設計了新型鋰電池電極，未來電動汽車充電可能只需幾秒鐘。新型鋰離子電池的電極介紹新型鋰離子蓄電池的電極采用了一種名為MXene的二維材料，該材料具有高導電性。研究團隊表示，新型鋰電池未來可能能夠實現電動汽車的“近即時”充電。研究人員Gogotsi在一份聲明中宣稱：“我們提取了一層薄薄的MXene電極來演示充電速度，整個充電過程只需要幾十毫秒。這主要是由于MXene材料的超高導電性，為未來超快儲能設備的發展鋪平了道路。未來，鋰電池的充放電只需幾秒鐘存儲的電能比傳統超級電容器的電能高得多。“MXene材料簡介MXene是一種扁平的納米材料，由德雷塞爾大學材料科學與工程系的研究人員于2011年發現。它的外觀類似三明治，由氧化物、導電碳和金屬填料組成，而氧化物相當于三明治中的面包，填料夾在在中間。在材料制造過程中，研究人員將使用層壓方法制造MXene。MXene電極的缺點和改進為了使MXene的鋰離子自由移動，研究人員對其結構進行了一些調整。研究人員將MXene與水凝膠混合，水凝膠改變了其結構，使鋰離子自由移動。尤里·戈戈西說：“理想的電極結構是多車道結構，這樣鋰離子就可以高速移動。隨著各國燃油車禁令的解除，電動汽車將逐漸取代傳統的汽油車和柴油車，這已成為業內眾所周知的行業趨勢。為了提高電動汽車的續航里程世界各地的大學和研究機構也致力于電池技術和產品的技術研發和測試。小編做了一些總結供讀者品嘗：得克薩斯大學達拉斯分校和韓國首爾國立大學關鍵詞：錳基鈉離子、鋰電池。

得克薩斯大學達拉斯分校

得克薩斯州，達拉斯）和首爾國立大學（首爾國立大學）

大學）聯合開發了一種全新的電池，該電池使用錳和鈉離子為基礎。

材料）材料。這種材料可以降低電池的成本，而且更環保，制造的電池可以用于電動汽車。

他們用鈉代替鋰，鋰是陽極中最大的材料，用錳代替鈷和鎳，鈷和鎳更昂貴、更稀缺。研究團隊采用了合理比例的原材料，克服了上述技術問題。他們首先使用計算機模擬，然后在電池達到最佳性能時確定每個原子的配置，然后在實驗室進行大量材料測試，直到成功開發。麻省理工學院關鍵詞：固態電池，鋰滲透，固態電解質，表面光滑度。

據外媒報道，麻省理工學院的研究人員和他們的德國同事共同提出，如果使用表面光滑的固體電解質，可以防止有害的鋰滲透，并可以提高固體鋰離子電池的性能。根據新的分析，表面的光滑度是這個問題的關鍵，電解質表面的細微裂紋和劃痕會導致金屬物體的堆積。在t……中……

電化學反應（電化學）

反應后），電解液中的鋰（離子）將開始積聚在其表面的微小缺陷（包括微小的凹坑、裂紋和劃痕）處。一旦鋰離子開始在缺陷處積聚，這種情況就會持續下去。這表明，研究人員需要專注于提高固體電解質表面的光滑度，這將消除或大大減少固體電解質枝晶的數量。為了避免易燃問題，未來可能會使用固體鋰金屬電極。此外，這一措施可能會使鋰離子電池的能量密度翻一番。東京工業大學關鍵詞：無鍺固態電解質，全固態電池的優勢，LGPS框架結構的優化和性能的提高。東京工業大學的研究人員開發了一種新的技術方案——無鍺固態電解質，可以降低固態鋰電池的成本，并致力于將這項技術應用于電動汽車、通信等行業。

無鍺固體電解質研究團隊發表在美國化學學會（ACS）期刊《材料化學》上

屬于

材料），其技術方案是用錫和硅代替固體電解質中的鍺，因為上述兩種材料的化學穩定性更強。與液體電解質相比，這種新材料提高了鋰離子的導電性。當談到他的研究結果時，Ryoji

Kanno和他的同事說：“這種固體電解質不含鍺，也許未來所有固態電池都會使用這種電解質。”全固態電池LiCoO2/LGPS/INLI采用LGPS電解質，其充放電性能相當出色。然而，鍺相對昂貴，這將限制LGPS材料的廣泛應用。在設計鋰離子導體時，晶體結構的類型也是一個重要因素。在未來，硅基和錫基無鍺材料都可以用作固態電解質并得到實際應用。

全固態電池的優點與使用鋰離子導電液的普通鋰離子電池相比，未來的全固態電池具有以下優點：提高了安全性和可靠性、更高的儲能能力和更長的使用壽命。固體晶體這一超離子導體的研究提高了鋰離子的移動速度，從而推動了這類電池的研發進展。然而，這種充滿希望的設計曾經依賴于稀有金屬鍺的應用，這種應用過于昂貴，無法實現大規模應用。優化LGPS框架結構以提高性能在最近發表的一篇論文中，研究人員保持了相同的LGPS框架架構，并精細調整了錫、硅和其他成分原子的速度和位置分布。其研究成果LSPS材料（成分：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12）

（Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4）的鋰離子電導率在室溫下為1.1×10-2S。

Cm-1，幾乎接近原始LGPS結構的性能。雖然還需要進一步調整，但研究人員可以根據不同用途優化材料的財產，這為降低生產成本帶來了新的希望，同時又不犧牲材料的財產。萊斯大學：枝晶、石墨烯和碳納米管。

萊斯大學解決了長期困擾電池研究人員的電池枝晶問題。該大學開發的鋰金屬電池的容量是商用鋰離子電池的三倍。萊斯大學的設計團隊將鋰保存在一種獨特的陽極中，該陽極采用了一種由石墨烯和碳納米管組成的新工藝。

納米管）混合。根據研究人員的說法，樹突等鋰離子積累會滲透到電池的電解質中。如果枝晶導致陽極與陰極接觸，將導致短路，電池液滴可能會報廢。更重要的是，電池會著火或爆炸。詹姆斯，萊斯大學的化學家。

圖爾負責領導這個研究項目。據他介紹，當新電池充電時，鋰金屬表面將覆蓋一層均勻的高導電碳。

Hybrid），具有很強的導電性，并且碳納米管緊密地粘附在……

石墨烯表面。Tour表示，新型陽極的碳納米管森林密度低、表面積大，電池充放電時有足夠的空間讓鋰離子顆粒游動。鋰金屬分布均勻，電解液中帶電的鋰離子會散開，抑制枝晶的增殖。Tour說：“很多人做電池研究，只關注陽極，因為研究整個電池更困難。為此，我們開發了一種配套的硫基陰極技術，與第一代超高容量鋰金屬陽極相匹配。目前，研究團隊正在重新生產這些電池、陰極和陽極進行中試。”。

規模），上述材料正在測試中。肯塔基大學和中國研究團隊關鍵詞：硅基氧化物陽極，非粘性硅基氧化物/碳復合材料，微SiOx/C核殼復合材料。

在充電周期中，當電池單元中的硅與鋰相互作用時，其膨脹和收縮可以達到300%。隨著時間的推移，它會明顯降低電池的性能，短路，最終導致電池報廢。為了改善上述缺點并通常保持電池的能量密度，

X≈1）制成鋰離子電池的陽極。硅基氧化物陽極的應用硅基氧化物的可逆比容量

具體的

容量）更高，并且循環性能也得到改善。然而，這種材料的體積變化是不可避免的，并且其導電性較弱。現在，中國和美國的研究團隊已經發表了自己的研究成果，并發現了兩種新的改進方法。美國團隊研究成果：非粘性硅基氧化物/碳復合材料肯塔基大學

來自肯塔基州的）研究團隊將硅基氧化物顆粒和硫酸鹽木質素（硫酸鹽

木質素），一種高性能的無粘結劑的合成物。

SiOx/C），其用于制造鋰離子電池的電極。經過熱處理后，木質素形成導電材料。

矩陣），可以容納大量硅基氧化物顆粒，并確保電子導電性（電子

電導率）、連接性以及在鋰化/脫鋰過程中對體積變化的適應。這種材料不需要使用傳統的粘合劑或導電劑。由這種復合材料制成的電極的性能是優異的。與體積變化率相對較小（160%）的硅基氧化物電極相比，其機械和電化學性能優異，木質素-碳基體更具彈性，能夠適應體積變化。中國團隊的研究成果：微型SiOx/C核殼復合材料。中國的研究團隊開發了一種制備微SiOx/C核殼復合材料的有效解決方案。研究小組將檸檬酸（檸檬酸）

酸）與球磨制備的硅基氧化物混合碳化，得到均勻的SiOx/C核殼復合材料SiOx微核和檸檬酸碳殼（共形）。

碳殼）碳殼極大地提高了硅基氧化物的導電性，并緩解了在適應鋰化/除鋰反應過程中的體積變化。由SiOx/C復合材料制成的電極具有1296.3的可逆比容量。

MAh/g，庫侖效率高達99.8%，充放電200次后容量保持率為65.1%（843.5）。

毫安時/克）

據研究團隊介紹，該復合材料的放電效率優異，這種方法可以實現批量生產，具有成本效益，可以批量生產由SiOx/C復合材料制成的高性能陽極材料。德雷塞爾大學和中國團隊關鍵詞：MXene材料，“近即時”充電，超級電容器。

據外媒報道，美國德雷塞爾大學材料科學與工程專業的研究人員與法國和以色列的研究人員一起設計了新型鋰電池電極，未來電動汽車充電可能只需幾秒鐘。新型鋰離子電池的電極介紹新型鋰離子蓄電池的電極采用了一種名為MXene的二維材料，該材料具有高導電性。研究團隊表示，新型鋰電池未來可能能夠實現電動汽車的“近即時”充電。研究人員Gogotsi在一份聲明中宣稱：“我們提取了一層薄薄的MXene電極來演示充電速度，整個充電過程只需要幾十毫秒。這主要是由于MXene材料的超高導電性，為未來超快儲能設備的發展鋪平了道路。未來，鋰電池的充放電只需幾秒鐘存儲的電能比傳統超級電容器的電能高得多。“MXene材料簡介MXene是一種扁平的納米材料，由德雷塞爾大學材料科學與工程系的研究人員于2011年發現。它的外觀類似三明治，由氧化物、導電碳和金屬填料組成，而氧化物相當于三明治中的面包，填料夾在在中間。在材料制造過程中，研究人員將使用層壓方法制造MXene。MXene電極的缺點和改進為了使MXene的鋰離子自由移動，研究人員對其結構進行了一些調整。研究人員將MXene與水凝膠混合，水凝膠改變了其結構，使鋰離子自由移動。尤里·戈戈西說：“理想的電極結構是多通道結構，這樣鋰離子就可以高速移動。研究團隊開發的大孔電極設計剛剛實現了這一目標，使充電過程在幾秒鐘內完成。MXene電極的未來前景Gogotsi表示，使用MXene作為電極材料的最大好處在于其導電性。然而，研究團隊也承認，電極材料和相關技術看起來很有前景，但在車輛上成功試制和應用后的實際情況仍不確定，但他們表示，一旦應用于車輛和手機，將徹底顛覆目前使用的電池。慕尼黑工業大學關鍵詞：磷酸鈷鋰陰極，微波合成。

6

據外媒報道，慕尼黑工業大學

慕尼黑，TUM）開發了一種生產高電壓陰極材料鋰鈷的新工藝。

磷酸鹽），使其生產更快、更方便，而且價格便宜、質量最好，進一步提高了電動汽車車載電池的性能。TUM研究員Jennifer

Ludwig博士開發了微波合成方法（微波）

合成）：只需一個小型微波爐和0.5小時即可生產出高純度的磷酸鈷鋰。首先，將溶劑放入聚四氟乙烯容器中，加入試劑并在微波爐中加熱。微波爐的功率不需要太高，只要600瓦就足夠了，所需的反應溫度為250℃，在此溫度下可以引發結晶反應。

7

詹妮弗

路德維希闡明了反應機理，分離出了這些化合物，并確定了它們的結構和特性。由于這種新化合物不適合作為電池材料，她改變了反應條件，只生產她需要的磷酸鈷鋰。

8

詹妮弗

路德維希的研究工作得到了寶馬的支持，她與勞倫斯伯克利國家大學合作。

實驗室，LBNL），斯坦福同步輻射源（斯坦福同步輻射）

光源（SSRL）和沃爾瑟·邁納研究所（W……

)共同開展了此次研究合作。弗吉尼亞聯邦大學關鍵詞：固體電解質電導率，鋰超離子導體

9

Li3SBF4晶體結構示意圖據外媒報道，弗吉尼亞聯邦大學（弗吉尼亞聯邦）

大學，VCU）的研究人員設計了一種新的鋰超離子導體。

導體），其鋰離子電導率與有機液體電解質的鋰離子電導率相當。在這篇論文中，研究人員聲稱，基于團簇的鋰離子超導體具有極高的電導率，在室溫下從0.01S/cm到0.1不等。

S/cm，但活化能較低，低于0.210eV，帶隙為8.5。

電子伏特

此外，其力學財產優異且富有彈性，可以抑制鋰枝晶的增加。

0

Li3SBF4材料的物理模型在鋰離子電池中，帶有正極的鋰離子流經電解質。固體電解質可以提高安全性、能量值和能量密度。然而，鋰離子可以在液體電解質中自由流動。鋰離子在固體電解質中的流動性較差，對電導率有不利影響。為了提高固體電解質的導電性，研究人員建立了去除單個負離子的計算模型。負離子簇將取代空位離子。前者是一個電子比質子多的原子團。VCU研究團隊的方宏（Hong

Fang博士）和Puru

耶娜教授實現了特定固體電解質扭曲的可視化，并由其他人進行了測試。最初，電解質屬于具有反鈣鈦礦結構的晶體家族。

晶體），它含有由三個鋰原子和一個氧原子組成的正離子，正離子與一個氯原子結合，因為后者是負離子。在操作建模中，他們用負離子取代了氯原子，負離子由一個硼原子和四個氟原子組成。

1

Li3S（BF4）0.5Cl0.5晶體結構示意圖根據研究發現，鋰超離子導體Li3SBF4和Li3S（BF4）0.5Cl0.5具有成為理想固體電解質的潛力。Li3SBF4的能帶隙為8.5。

eV和RT的電導率為0.01S/cm，活化能為0.210eV，形成能（形成

能量）相對較小，其機械財產也很理想。而Li3S（BF4）0.5Cl0.5的RT電導率大于0.1S/cm，活化能為0.176eV。兩位專家正在實驗室合作測試計算模型，旨在探索鋰離子電池應用的最終形式。得克薩斯大學奧斯汀分校科克雷爾工程學院關鍵詞：納米金屬箔、納米合金陽極

2

得克薩斯大學奧斯汀分校（得克薩斯大學

奧斯汀，UT Austin）科克雷爾工程學院

工程）的研究人員發現了一種新的陽極材料納米金屬箔，它可以為鋰電池的陽極充電。

容量）翻倍，這意味著儲能系統在未來將變得更加高效。新的陽極材料組可以節省大量的陽極制造時間和材料消耗，并且只需兩個簡單的步驟就可以實現鋰離子陽極的大規模生產。與目前用于鋰離子電池的石墨和黃銅陽極相比，研究人員制造的箔材料的厚度和重量僅為前者的四分之一。Manthiram和他的團隊正在開發一種新的陽極材料，這種材料由共晶合金制成，并通過機械軋制加工成納米結構的金屬箔。這項研究的主要作者Kreder意識到，微米級合金陽極可以通過傳統的金屬合金技術加工成納米材料。烏爾里希研究中心和橡樹嶺國家實驗室關鍵詞：鐵-空氣電池，電極積累，電池容量。

3

鐵空氣電池（鐵空氣）

電池）具有比目前的鋰離子電池高得多的能量密度。此外，它的主要成分“鐵”含量豐富，這種材料的價格也很便宜。因此，烏爾里希研究中心和橡樹嶺國家實驗室（ORNL）成功地觀察到了電池在運行過程中鐵電極上的積聚是如何形成的，觀察精度可以達到納米級。鐵空氣電池

4

據估計，鐵-空氣電池的能量密度理論值為1200Wh/kg。相比之下，鋰離子電池的電流能量密度約為600Wh/kg。如果考慮電池外殼的重量，其能量密度將低于350Wh/kg。鋰空氣電池的最大能量密度將達到11400。

Wh/kg，但其技術極其困難和復雜。然而，如果按體積能量密度進行比較，鐵-空氣電池的性能更好：9700。

Wh/l幾乎是當前鋰離子電池體積能量密度的五倍（2000 Wh/……

，而鋰空氣電池的體積能量密度“僅”為6000。

瓦時/升對于許多移動設備來說，鐵空氣電池仍然很有吸引力，因為體積（空間）要求也已成為移動應用的重要參數指標。烏爾里希研究中心采用了橡樹嶺國家實驗室納米材料科學中心

用于納米相材料科學的原位電化學原子力顯微鏡（原位電化學化學）。

原子力

顯微鏡）觀察了鐵-空氣電池的充電和放電，并證實了氧化鐵顆粒（Fe（OH）2）是如何在鐵電極上形成的。（電極的）積累增加了電池容量。

5

累積的納米多孔層將增加電極的活性表面積，并且在充電和放電循環后電池容量將略有增加。得益于這項研究，研究人員首次獲得了納米多孔層增殖的清晰靜脈圖。然而，這種產品的市場還需要一段時間才能成熟。研究人員在實驗室里進行了數千次充電和放電實驗。盡管鐵的隔離電極在操作過程中沒有損失太多能量，但在使用空氣電極作為電池的另一個電極后，鐵-空氣電池的充電和放電次數僅維持在20-30次。未來，橡樹嶺國家實驗室和尤里奇研究中心將簽署合作協議，因為雙方自2008年以來加強了在各個科學研究領域的研究。關鍵詞：富鋰陰極、非石墨烯、硬質碳、預鋰化硬質碳。

6

上海復旦大學能源材料化學協同創新中心的研究人員采用了一種耐寒的硬碳陽極和一種強大的富鋰陰極。“不可石墨化”或“硬質”碳是一種低成本的電池電極材料，具有良好的市場前景。即使在低溫下，它也能顯示出其快速的嵌入能力。

鋰離子的動力學）

在電池的充電和放電過程中，鋰離子可以通過電解質從陽極移動到陰極，反之亦然。已經證明預鋰化的硬碳（預鋰化）

硬質碳）是一種強大的鋰離子電容器材料。然而，預鋰化過程非常復雜且昂貴，涉及純鋰電極。研究人員介紹了一種富含鋰的磷酸釩（富含鋰）

釩

磷酸鹽）陰極，其可用于鋰化和常規電池操作。在第一次充電過程中，鋰離子將被嵌入并儲存。然后，研究人員將磷酸釩陰極與還原的鋰離子和預鋰化的硬碳陽極（LixC）結合起來，形成了一個鋰離子電池工作系統。根據研究人員的解釋，這種電池保留了傳統鋰離子電池的高能量密度，同時表現出類似超級電容器的高功率和長使用壽命。此外，在零下40攝氏度的溫度下，其用電量占總用電量的2/3。相比之下，傳統的鋰電池只有10%的功率。這主要是由于磷酸釩陰極的自然特性和預鋰化硬碳陽極的快速反應動力學。目前，研究人員仍在進行進一步的測試，以改進這種電化學電池的其他參數。然而，該產品存在缺陷，其電解質在極冷的條件下會失去導電性。如果這個問題能夠得到解決，電池系統可以提供有吸引力的產品設計，實現其最佳性能，并提高電動汽車電池的抗寒性。研究團隊開發的大孔電極設計剛剛實現了這一目標，使充電過程在幾秒鐘內完成。MXene電極的未來前景Gogotsi表示，使用MXene作為電極材料的最大好處在于其導電性。然而，研究團隊也承認，電極材料和相關技術看起來很有前景，但在車輛上成功試制和應用后的實際情況仍不確定，但他們表示，一旦應用于車輛和手機，將徹底顛覆目前使用的電池。慕尼黑工業大學關鍵詞：磷酸鈷鋰陰極，微波合成。

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據外媒報道，慕尼黑工業大學

慕尼黑，TUM）開發了一種生產高電壓陰極材料鋰鈷的新工藝。

磷酸鹽），使其生產更快、更方便，而且價格便宜、質量最好，進一步提高了電動汽車車載電池的性能。TUM研究員Jennifer

Ludwig博士開發了微波合成方法（微波）

合成）：只需一個小型微波爐和0.5小時即可生產出高純度的磷酸鈷鋰。首先，將溶劑放入聚四氟乙烯容器中，加入試劑并在微波爐中加熱。微波爐的功率不需要太高，只要600瓦就足夠了，所需的反應溫度為250℃，在此溫度下可以引發結晶反應。

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詹妮弗

路德維希闡明了反應機理，分離出了這些化合物，并確定了它們的結構和特性。由于這種新化合物不適合作為電池材料，她改變了反應條件，只生產她需要的磷酸鈷鋰。

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詹妮弗

路德維希的研究工作得到了寶馬的支持，她與勞倫斯伯克利國家大學合作。

實驗室，LBNL），斯坦福同步輻射源（斯坦福同步輻射）

Lightsource（SSRL）和沃爾瑟·邁納研究所（WMI）共同開展了此次研究合作。弗吉尼亞聯邦大學關鍵詞：固體電解質電導率，鋰超離子導體

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Li3SBF4晶體結構示意圖據外媒報道，弗吉尼亞聯邦大學（弗吉尼亞聯邦）

大學，VCU）的研究人員設計了一種新的鋰超離子導體。

導體），其鋰離子電導率與有機液體電解質的鋰離子電導率相當。在論文中，研究人員聲稱基于團簇的鋰離子超導體具有極高的導電性……

在室溫下為0.01S/cm至0.1。

S/cm，但活化能較低，低于0.210eV，帶隙為8.5。

電子伏特

此外，其力學財產優異且富有彈性，可以抑制鋰枝晶的增加。

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Li3SBF4材料的物理模型在鋰離子電池中，帶有正極的鋰離子流經電解質。固體電解質可以提高安全性、能量值和能量密度。然而，鋰離子可以在液體電解質中自由流動。鋰離子在固體電解質中的流動性較差，對電導率有不利影響。為了提高固體電解質的導電性，研究人員建立了去除單個負離子的計算模型。負離子簇將取代空位離子。前者是一個電子比質子多的原子團。VCU研究團隊的方宏（Hong

Fang博士）和Puru

耶娜教授實現了特定固體電解質扭曲的可視化，并由其他人進行了測試。最初，電解質屬于具有反鈣鈦礦結構的晶體家族。

晶體），它含有由三個鋰原子和一個氧原子組成的正離子，正離子與一個氯原子結合，因為后者是負離子。在操作建模中，他們用負離子取代了氯原子，負離子由一個硼原子和四個氟原子組成。

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Li3S（BF4）0.5Cl0.5晶體結構示意圖根據研究發現，鋰超離子導體Li3SBF4和Li3S（BF4）0.5Cl0.5具有成為理想固體電解質的潛力。Li3SBF4的能帶隙為8.5。

eV和RT的電導率為0.01S/cm，活化能為0.210eV，形成能（形成

能量）相對較小，其機械財產也很理想。而Li3S（BF4）0.5Cl0.5的RT電導率大于0.1S/cm，活化能為0.176eV。兩位專家正在實驗室合作測試計算模型，旨在探索鋰離子電池應用的最終形式。得克薩斯大學奧斯汀分校科克雷爾工程學院關鍵詞：納米金屬箔、納米合金陽極

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得克薩斯大學奧斯汀分校（得克薩斯大學

奧斯汀，UT Austin）科克雷爾工程學院

工程）的研究人員發現了一種新的陽極材料納米金屬箔，它可以為鋰電池的陽極充電。

容量）翻倍，這意味著儲能系統在未來將變得更加高效。新的陽極材料組可以節省大量的陽極制造時間和材料消耗，并且只需兩個簡單的步驟就可以實現鋰離子陽極的大規模生產。與目前用于鋰離子電池的石墨和黃銅陽極相比，研究人員制造的箔材料的厚度和重量僅為前者的四分之一。Manthiram和他的團隊正在開發一種新的陽極材料，這種材料由共晶合金制成，并通過機械軋制加工成納米結構的金屬箔。這項研究的主要作者Kreder意識到，微米級合金陽極可以通過傳統的金屬合金技術加工成納米材料。烏爾里希研究中心和橡樹嶺國家實驗室關鍵詞：鐵-空氣電池，電極積累，電池容量。

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鐵空氣電池（鐵空氣）

電池）具有比目前的鋰離子電池高得多的能量密度。此外，它的主要成分“鐵”含量豐富，這種材料的價格也很便宜。因此，烏爾里希研究中心和橡樹嶺國家實驗室（ORNL）成功地觀察到了電池在運行過程中鐵電極上的積聚是如何形成的，觀察精度可以達到納米級。鐵空氣電池

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據估計，鐵-空氣電池的能量密度理論值為1200Wh/kg。相比之下，鋰離子電池的電流能量密度約為600Wh/kg。如果考慮電池外殼的重量，其能量密度將低于350Wh/kg。鋰空氣電池的最大能量密度將達到11400。

Wh/kg，但其技術極其困難和復雜。然而，如果按體積能量密度進行比較，鐵-空氣電池的性能更好：9700。

Wh/l幾乎是當前鋰離子電池體積能量密度的五倍（2000 Wh/……

，而鋰空氣電池的體積能量密度“僅”為6000。

瓦時/升對于許多移動設備來說，鐵空氣電池仍然很有吸引力，因為體積（空間）要求也已成為移動應用的重要參數指標。烏爾里希研究中心采用了橡樹嶺國家實驗室納米材料科學中心

用于納米相材料科學的原位電化學原子力顯微鏡（原位電化學化學）。

原子力

顯微鏡）觀察了鐵-空氣電池的充電和放電，并證實了氧化鐵顆粒（Fe（OH）2）是如何在鐵電極上形成的。（電極的）積累增加了電池容量。

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累積的納米多孔層將增加電極的活性表面積，并且在充電和放電循環后電池容量將略有增加。得益于這項研究，研究人員首次獲得了納米多孔層增殖的清晰靜脈圖。然而，這種產品的市場還需要一段時間才能成熟。研究人員在實驗室里進行了數千次充電和放電實驗。盡管鐵的隔離電極在操作過程中沒有損失太多能量，但在使用空氣電極作為電池的另一個電極后，鐵-空氣電池的充電和放電次數僅維持在20-30次。未來，橡樹嶺國家實驗室和尤里奇研究中心將簽署合作協議，因為雙方自2008年以來加強了在各個科學研究領域的研究。關鍵詞：富鋰陰極、非石墨烯、硬質碳、預鋰化硬質碳。

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上海復旦大學能源材料化學協同創新中心的研究人員采用了一種耐寒的硬碳陽極和一種強大的富鋰陰極。“不可石墨化”或“硬質”碳是一種低成本的電池電極材料，具有良好的市場前景。即使在低溫下，它也能顯示出其快速的嵌入能力。

鋰離子的動力學）

在電池的充電和放電過程中，鋰離子可以通過電解質從陽極移動到陰極，反之亦然。已經證明預鋰化的硬碳（預鋰化）

硬質碳）是一種強大的鋰離子電容器材料。然而，預鋰化過程非常復雜且昂貴，涉及純鋰電極。研究人員介紹了一種富含鋰的磷酸釩（富含鋰）

釩

磷酸鹽）陰極，其可用于鋰化和常規電池操作。在第一次充電過程中，鋰離子將被嵌入并儲存。然后，研究人員將磷酸釩陰極與還原的鋰離子和預鋰化的硬碳陽極（LixC）結合起來，形成了一個鋰離子電池工作系統。根據研究人員的解釋，這種電池保留了傳統鋰離子電池的高能量密度，同時表現出類似超級電容器的高功率和長使用壽命。此外，在零下40攝氏度的溫度下，其用電量占總用電量的2/3。相比之下，傳統的鋰電池只有10%的功率。這主要是由于磷酸釩陰極的自然特性和預鋰化硬碳陽極的快速反應動力學。目前，研究人員仍在進行進一步的測試，以改進這種電化學電池的其他參數。然而，該產品存在缺陷，其電解質在極冷的條件下會失去導電性。如果這個問題能夠得到解決，電池系統可以提供有吸引力的產品設計，實現其最佳性能，并提高電動汽車電池的抗寒性。滑鐵盧大學關鍵詞：鋰金屬、磷、硫、電解質

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滑鐵盧大學的這項新研究可能會在電池研發方面取得突破，使電動汽車的續航里程增加三倍。技術突破包括：由鋰金屬制成的負極，這將大大增強電池的儲能能力。儲能或能量密度的增加將使電動汽車的續航里程從200公里飆升至600公里。在創造這項技術時，龐和他的同事必須克服兩個技術問題。研究人員在電池的電解液中添加了磷和硫等化學物質，同時克服了上述兩個問題。這種化學物質會與電池中的鋰金屬電極發生反應，研究人員還在電池電極上涂上了一層極薄的保護層。該方法在不犧牲安全性或降低電池使用壽命的情況下，提高了電池的性能，充分發揮了鋰金屬電極的優勢，提高了蓄電池的儲能能力，極大地提高了電池續航里程。橡樹嶺國家實驗室關鍵詞：電極裂紋

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橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的研究人員提出了一種新的鋰離子電池設計概念，其中電機存在裂紋，可以避免汽車事故中電池故障的風險。這種設計理念可能會讓電池制造商按比例減少外殼材料，這通常可以防止電動汽車的機械損壞，并提高整體能量密度和成本。該團隊對樣品進行了壓力測試，使用一個大金屬球壓制標準鋰離子電池。壓下這個電池后，它看起來像一個西紅柿，但它的電池容量仍然可以達到初始值的93%。如果用標準電池更換，同樣的傷害也會導致電池完全放電和故障。對于這種重新設計的電池，電極裂紋的產生只會增加少量的制造成本，并且不需要對電池進行重大更改。該團隊相信，未來這項技術的應用規模將會擴大。然而，目前還需要更多的測試。加州大學河濱分校伯恩斯工程學院關鍵詞：硅硫燃料電池架構，硅硫燃料細胞

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據外媒報道，加州大學河濱分校的研究人員開發了新技術，利用硫電極和硅電極制造高性能鋰離子電池。這種硅硫燃料電池（SSFC）架構逐漸融入……

速率控制的純鋰離子進入電池系統。在C/10的條件下，經過250次充電和放電，能量密度仍然高達350Wh/kg。研究人員使用了納米硅結構、導電劑（導電）

添加劑）和粘合劑，最終解決了上述問題，并制備了用于燃料電池的硫陰極和硅陽極。目前，研究人員使用硫化鋰（鋰）

硫化物）或硅化鋰使得燃料電池的能量密度高達600Wh/kg。然而，這種燃料電池的充電和放電時間通常很短，通常不到50次，而且這種材料還需要特殊的設備，在加工方面有很多限制。為了創造一種新的SSFC架構，該團隊在傳統的燃料電池架構技術中添加了鋰箔，使鋰箔可以在充電和放電過程中與集電器接觸，并將鋰箔集成到燃料電池系統中，從而控制嵌入的鋰離子的量。在半個單元格中（半個）

電池），純鋰將被用作陽極材料，這將導致用戶對樹枝狀晶體生長感興趣（樹枝狀晶體的形成，樹枝狀

形成）和鋰腐蝕。在全電池模式下，可以使用硅來制造陽極，這可以緩解純鋰陽極帶來的安全問題，并確保燃料電池獲得所需的高功率。這種方法可以使受控的鋰負載彌補固體電解質界面膜（SEI）的形成和鋰的降解，提高燃料電池的循環壽命。

生命）此外，該電池還采用了交流阻抗（EIS）、循環伏安法（CV）和恒流間歇滴定法（GITT）等多種方法。這項研究將為硅硫燃料電池的未來研發奠定基礎。亞利桑那州立大學關鍵詞：陶瓷、鋰離子電池

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來自亞利桑那州立大學的專家Chan提議用陶瓷代替易燃電解質。大多數安全問題是由短路引起的，電解液容易著火，從而導致氣體排放和材料降解等連鎖反應。最重要的安全措施是避免鋰離子相關電子設備過度充電或過熱。如果電池暴露在高溫下，電池壽命將縮短。該團隊正在探索將陶瓷納米材料與鋰離子導電性與聚合物集成，旨在獲得理想的固體電解質，確保其良好的機械財產、高鋰離子導電率，并提高其安全性能。關鍵詞：中空二氧化硅微球結構，非均質結構，復合微籠結構。

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美國化學學會期刊在《納米快報》上發表了一篇論文。研究人員使用了空心二氧化硅微球（空心二氧化硅）。

微球）結構，用于含有鋰離子，其碳納米管可以抑制枝晶生長（枝晶

增長）由于對枝晶生長的抑制，在200多次充電和放電后，電極仍然可以保持高達99%的高速電鍍/剝離效率。最近，業界提出采用電解液添加劑（電解液

添加劑）、穩定的界面層和改性的電極。

電極）等方法，旨在解決鋰金屬陽極的關鍵問題。已經證明，通過結構來調節鋰枝晶的積累是最有效的方法。盡管非均質結構（非均質

結構）調節沉積行為（沉積

行為）起著重要作用，但鋰金屬的精細控制機制受到電泳沉積的限制。

條件），例如沉積容量和電流密度。

密度）因此，如果沉積性能過高，則有必要改善非均勻結構并引導其均勻沉淀。該團隊設計了復合材料微型籠狀結構。

微芯片），具有碳納米管芯和多孔二氧化硅護套。

鞘）

復合材料的微型籠狀結構可以含有鋰金屬，其異質結構可以用作鋰離子阱。在實驗過程中，研究團隊發現鋰金屬可以被有效地捕獲，并且其電化學性能優異。滑鐵盧大學關鍵詞：鋰金屬、磷、硫、電解質

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滑鐵盧大學的這項新研究可能會在電池研發方面取得突破，使電動汽車的續航里程增加三倍。技術突破包括：由鋰金屬制成的負極，這將大大增強電池的儲能能力。儲能或能量密度的增加將使電動汽車的續航里程從200公里飆升至600公里。在創造這項技術時，龐和他的同事必須克服兩個技術問題。研究人員在電池的電解液中添加了磷和硫等化學物質，同時克服了上述兩個問題。這種化學物質會與電池中的鋰金屬電極發生反應，研究人員還在電池電極上涂上了一層極薄的保護層。該方法在不犧牲安全性或降低電池使用壽命的情況下，提高了電池的性能，充分發揮了鋰金屬電極的優勢，提高了蓄電池的儲能能力，極大地提高了電池續航里程。橡樹嶺國家實驗室關鍵詞：電極裂紋

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橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的研究人員提出了一種新的鋰離子電池設計概念，其中電機存在裂紋，可以避免汽車事故中電池故障的風險。這種設計理念可能會讓電池制造商按比例減少外殼材料，這通常可以防止電動汽車的機械損壞，并提高整體能量密度和成本。該團隊對樣品進行了壓力測試，使用一個大金屬球壓制標準鋰離子電池。壓下這個電池后，它看起來像一個西紅柿，但它的電池容量仍然可以達到初始值的93%。如果用標準電池更換，同樣的傷害也會導致電池完全放電和故障。對于這種重新設計的電池，電極裂紋的產生只會增加少量的制造成本，并且不需要對電池進行重大更改。該團隊相信，未來這項技術的應用規模將會擴大。然而，目前還需要更多的測試。加州大學河濱分校伯恩斯工程學院關鍵詞：硅硫燃料電池架構，硅硫燃料細胞

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據外媒報道，加州大學河濱分校的研究人員開發了新技術，利用硫電極和硅電極制造高性能鋰離子電池。這種硅硫燃料電池（SSFC）架構逐漸將受控的純鋰離子集成到電池系統中。在C/10的條件下，經過250次充電和放電，能量密度仍然高達350Wh/kg。研究人員使用了納米硅結構、導電劑（導電）

添加劑）和粘合劑，最終解決了上述問題，并制備了用于燃料電池的硫陰極和硅陽極。目前，研究人員使用硫化鋰（鋰）

硫化物）或硅化鋰使得燃料電池的能量密度高達600Wh/kg。然而，這種燃料電池的充電和放電時間通常很短，通常不到50次，而且這種材料還需要特殊的設備，在加工方面有很多限制。為了創造一種新的SSFC架構，該團隊在傳統的燃料電池架構技術中添加了鋰箔，使鋰箔可以在充電和放電過程中與集電器接觸，并將鋰箔集成到燃料電池系統中，從而控制嵌入的鋰離子的量。在半個單元格中（半個）

電池），純鋰將被用作陽極材料，這將導致用戶對樹枝狀晶體生長感興趣（樹枝狀晶體的形成，樹枝狀

形成）和鋰腐蝕。在全電池模式下，可以使用硅來制造陽極，這可以緩解純鋰陽極帶來的安全問題，并確保燃料電池獲得所需的高功率……

這種方法可以使受控的鋰負載彌補固體電解質界面膜（SEI）的形成和鋰的降解，提高燃料電池的循環壽命。

生命）此外，該電池還采用了交流阻抗（EIS）、循環伏安法（CV）和恒流間歇滴定法（GITT）等多種方法。這項研究將為硅硫燃料電池的未來研發奠定基礎。亞利桑那州立大學關鍵詞：陶瓷、鋰離子電池

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來自亞利桑那州立大學的專家Chan提議用陶瓷代替易燃電解質。大多數安全問題是由短路引起的，電解液容易著火，從而導致氣體排放和材料降解等連鎖反應。最重要的安全措施是避免鋰離子相關電子設備過度充電或過熱。如果電池暴露在高溫下，電池壽命將縮短。該團隊正在探索將陶瓷納米材料與鋰離子導電性與聚合物集成，旨在獲得理想的固體電解質，確保其良好的機械財產、高鋰離子導電率，并提高其安全性能。關鍵詞：中空二氧化硅微球結構，非均質結構，復合微籠結構。

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美國化學學會期刊在《納米快報》上發表了一篇論文。研究人員使用了空心二氧化硅微球（空心二氧化硅）。

微球）結構，用于含有鋰離子，其碳納米管可以抑制枝晶生長（枝晶

增長）由于對枝晶生長的抑制，在200多次充電和放電后，電極仍然可以保持高達99%的高速電鍍/剝離效率。最近，業界提出采用電解液添加劑（電解液

添加劑）、穩定的界面層和改性的電極。

電極）等方法，旨在解決鋰金屬陽極的關鍵問題。已經證明，通過結構來調節鋰枝晶的積累是最有效的方法。盡管非均質結構（非均質

結構）調節沉積行為（沉積

行為）起著重要作用，但鋰金屬的精細控制機制受到電泳沉積的限制。

條件），例如沉積容量和電流密度。

密度）因此，如果沉積性能過高，則有必要改善非均勻結構并引導其均勻沉淀。該團隊設計了復合材料微型籠狀結構。

微芯片），具有碳納米管芯和多孔二氧化硅護套。

鞘）復合材料的微型籠狀結構可以含有鋰金屬，其異質結構可以用作鋰離子阱。在實驗過程中，研究團隊發現鋰金屬可以被有效地捕獲，并且其電化學性能優異。

標簽：發現理念寶馬

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