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硫化物固态电解质材料界面及其表征的研究进展 被引量:18
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作者 张桥保 龚正良 杨勇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第22期153-180,共28页
发展高能量密度和高安全性的全固态锂电池技术对于推动我国锂电池产业技术的更新换代,强化我国在这一领域的技术优势具有重要的现实意义.固态电解质是全固态锂电池的核心组成部分,其中硫化物固态电解质因其高的离子电导率、较好的机械... 发展高能量密度和高安全性的全固态锂电池技术对于推动我国锂电池产业技术的更新换代,强化我国在这一领域的技术优势具有重要的现实意义.固态电解质是全固态锂电池的核心组成部分,其中硫化物固态电解质因其高的离子电导率、较好的机械延展性以及与电极良好的界面接触等优点,被认为是最具商业化潜力的固态电解质之一.然而其空气稳定性较差,与电极接触的界面存在界面副反应、锂枝晶生长及界面机械失效等缺点,严重制约了其在高能量密度全固态锂电池中的应用.本文首先综述硫化物固态电解质空气稳定性的研究方法及其退化机制、提高材料空气稳定性的策略与方法;其次对其与正负极界面的相容性、稳定性及其解决策略进行了总结与分析;最后总结归纳近年来电极/硫化物固态电解质界面的原位表征技术的研究进展,并展望了未来硫化物固态电解质材料界面的研究重点和发展方向. 展开更多
关键词 固态电池 硫化物固态电解质 空气稳定性 电极/电解质界面 原位表征技术
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固态锂电池研究及产业化进展 被引量:9
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作者 张鹏 赖兴强 +5 位作者 沈俊荣 张东海 阎永恒 张锐 盛军 代康伟 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期896-904,共9页
相比于传统液态锂离子电池,固态锂电池(SSLB)用固态电解质代替有机电解液,安全性和能量密度均大大提升,可以有效降低电动汽车安全隐患和缓解用户续航里程焦虑。固态电解质作为电子绝缘体和离子导体是SSLB核心要素之一,同时其存在离子电... 相比于传统液态锂离子电池,固态锂电池(SSLB)用固态电解质代替有机电解液,安全性和能量密度均大大提升,可以有效降低电动汽车安全隐患和缓解用户续航里程焦虑。固态电解质作为电子绝缘体和离子导体是SSLB核心要素之一,同时其存在离子电导率低、界面阻抗大和界面稳定性差等问题。通过研究近期相关文献,对硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物固态电解质以及复合固态电解质锂电池的离子导电机理、研究进展、存在的主要问题及解决方案进行了综述和讨论。对于提高离子电导率,重点介绍了调整固态电解质组分的方法。对于改善界面问题,主要介绍了界面设计和制成工艺方法改善思路。综合分析表明,通过掺杂和包覆改性固态电解质、探索先进界面研究和诊断技术并指导设计具有优良锂离子传输能力的界面、创新和优化工艺能有效地提升固态电解质综合性能。最后列举了国内外重点企业的固态锂电池产业化进程,对固态锂电池未来应用前景进行了分析和展望。 展开更多
关键词 氧化固态电解质 硫化物固态电解质 聚合固态电解质 复合固态电解质 产业化进展
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硫化物固态电解质薄膜的室温干法制备和全固态电池性能
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作者 胡文 李柱 +1 位作者 刘妍娜 肖亮 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第8期1619-1627,共9页
硫化物固态电解质具有高室温离子电导率,但机械强度差难以形成实用电解质层。因此,提出聚合物粘接剂预纤维化的策略,实现了硫化物电解质复合膜的室温干法制备提升了全固态电池的性能。通过PTFE乳液破乳干燥制备了预纤维化的PTFE干粉,采... 硫化物固态电解质具有高室温离子电导率,但机械强度差难以形成实用电解质层。因此,提出聚合物粘接剂预纤维化的策略,实现了硫化物电解质复合膜的室温干法制备提升了全固态电池的性能。通过PTFE乳液破乳干燥制备了预纤维化的PTFE干粉,采用Li6PS5Cl电解质和纤维化PTFE在室温辊压下成功制备了超薄(~35μm)和高离子电导率(3.17 mS/cm)的硫化物固态电解质复合膜。采用铌酸锂包覆的钴酸锂(LCO@LNO)为正极材料,通过室温干法工艺,制备了正极材料、硫化物电解质、导电剂的复合正极薄膜。通过超薄锂铟合金、电解质复合膜、正极复合膜的简单堆叠,制备了全固态薄膜电池,实现了正极材料134.1 mAh/g的可逆比容量,全电池188Wh/kg的比能量和100次的稳定循环。 展开更多
关键词 干法工艺 硫化物固态电解质 固态电解质薄膜 全固体电池 薄膜电池
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Synthesis of High Purity Lithium Sulfide for Sulfide Solid Electrolyte Applications through Hydrogen Reduction of Lithium Sulfate
4
作者 Arafumi Kimura 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2024年第4期689-695,共7页
This paper is aimed to present a clean,inexpensive and sustainable method to synthesize high purity lithium sulfide(Li_(2)S)powder through hydrogen reduction of lithium sulfate(Li_(2)SO_(4)).A three-step reduction pro... This paper is aimed to present a clean,inexpensive and sustainable method to synthesize high purity lithium sulfide(Li_(2)S)powder through hydrogen reduction of lithium sulfate(Li_(2)SO_(4)).A three-step reduction process has been successfully developed to synthesize well-crystallized and single-phase Li_(2)S powder by investigating the melting,sintering and reduction behavior of the mixtures of Li_(2)SO_(4)-Li_(2)S.High purity alumina was found to be the most suitable crucible material for producing high purity Li_(2)S,because it was not attacked by the Li_(2)SO_(4)-Li_(2)S melt during heating,as compared with other materials,such as carbon,mullite,quartz,boron nitride and stainless steel.The use of synthesized LizS resulted in higher purity and substantially higher room temperature ionic conductivity(2.77 mS·cm^(-1))for the argyrodite sulfide electrolyte Li_(6)PS_(5)Cl than commercial Li_(2)S(1.12 mS·cm^(-1)).This novel method offers a great opportunity to produce battery grade Li_(2)S for sulfide solid electrolyte applications. 展开更多
关键词 lithium sulfide lithium sulfate hydrogen reduction sulfide solid electrolyte all-solid-state lithium-ion battery
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硫化物固态电解质Li_(6)PS_(5)Cl的固相合成及性能研究
5
作者 陶博文 鞠博伟 涂飞跃 《矿冶工程》 CAS 北大核心 2024年第4期75-80,共6页
通过高能球磨结合热处理的方法固相合成了硫银锗矿型硫化物固态电解质Li_(6)PS_(5)Cl(LPSC)。研究发现,延长球磨时间有利于原料粉末颗粒的破碎、混合、晶粒细化以及非晶化反应的进行;升高烧结温度有利于生成单一纯相,但烧结温度过高会... 通过高能球磨结合热处理的方法固相合成了硫银锗矿型硫化物固态电解质Li_(6)PS_(5)Cl(LPSC)。研究发现,延长球磨时间有利于原料粉末颗粒的破碎、混合、晶粒细化以及非晶化反应的进行;升高烧结温度有利于生成单一纯相,但烧结温度过高会使电解质熔化分解,破坏晶体结构。球磨时间10 h、550℃下烧结8 h所制备的硫化物固态电解质材料具有较高的离子电导率,可达3.57×10^(-3)S/cm。 展开更多
关键词 固态电池 硫化物固态电解质 Li_(6)PS_(5)Cl 离子电导率 硫银锗矿型 高能球磨 固相合成
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混合工艺对氧化物/硫化物复合固态电解质电化学性能的影响
6
作者 张冠华 杨子涵 马越 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1387-1393,共7页
随着新能源汽车的普及,全固态电池由于其高安全性和高能量密度而受到广泛关注.氧化物/硫化物复合固态电解质兼具硫化物的低晶界电阻、室温加工性与界面电阻以及氧化物优异的电化学稳定性和低成本等优点,成为研究的热点.但是目前复合固... 随着新能源汽车的普及,全固态电池由于其高安全性和高能量密度而受到广泛关注.氧化物/硫化物复合固态电解质兼具硫化物的低晶界电阻、室温加工性与界面电阻以及氧化物优异的电化学稳定性和低成本等优点,成为研究的热点.但是目前复合固态电解质中氧化物的质量分数过低(w<10%),限制了成本的进一步下降和稳定性的进一步提高.以Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3)(LATP)/Li_(8)P_(2)S_(9)(LPS)复合电解质作为示例性体系,通过对不同混合工艺的探究,成功制备了氧化物粒径细小且分散均匀的复合固态电解质,获得更高的离子电导率和对锂循环性能.以此组装的全固态电池在100次循环后,容量保持率高达99%,显示出卓越的电化学稳定性. 展开更多
关键词 氧化固态电解质 硫化物固态电解质 固态电池 变速球磨 锂离子电导率
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高性能硫化物基全固态锂电池设计:从实验室到实用化 被引量:1
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作者 刘元凯 余涛 +1 位作者 郭少华 周豪慎 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第8期90-114,共25页
全固态锂电池因其优异的安全性和高能量密度成为储能领域的重点研究内容。硫化物电解质因其高离子电导率、良好电极/电解质界面兼容性及易加工性,有力推动了硫化物基全固态锂电池的发展。本文首先从实验室研究阶段出发,从正极/电解质界... 全固态锂电池因其优异的安全性和高能量密度成为储能领域的重点研究内容。硫化物电解质因其高离子电导率、良好电极/电解质界面兼容性及易加工性,有力推动了硫化物基全固态锂电池的发展。本文首先从实验室研究阶段出发,从正极/电解质界面、硫化物电解质自身及负极/电解质界面三方面阐述了硫化物基全固态锂电池现阶段面临的主要问题,并介绍了相关的解决策略。随后从硫化物基全固态锂电池的实用化生产角度出发,介绍了电极/电解质膜的制膜工艺、软包电池的装配相关问题、高载正极的设计及硫化物电解质的大规模、低成本制备。最后展望了硫化物基全固态锂电池的未来研究方向和发展趋势。 展开更多
关键词 硫化物固态电解质 固态电池 界面改性 制膜工艺 软包电池
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Sc/O掺杂硫化物固态电解质的制备及全固态电池性能 被引量:1
8
作者 赵争光 陈振营 +2 位作者 翟光群 张希 庄小东 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2412-2423,共12页
近年来,硫化物固态电解质凭借其高安全性、高离子电导率、较宽电化学窗口等诸多优点受到了人们的广泛关注。掺杂改性被认为是一种提高硫化物固态电解质电化学性能的有效方法。鉴于稀土元素具有独特的电子结构与功能特性,掺杂稀土元素已... 近年来,硫化物固态电解质凭借其高安全性、高离子电导率、较宽电化学窗口等诸多优点受到了人们的广泛关注。掺杂改性被认为是一种提高硫化物固态电解质电化学性能的有效方法。鉴于稀土元素具有独特的电子结构与功能特性,掺杂稀土元素已成为提升固态电解质的离子导电性和降低晶界阻抗的有效策略之一。本工作使用稀土元素化合物氧化钪(Sc_(2)O_(3))作为掺杂剂合成了一系列改性后的硫化物固态电解质。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜以及色散能谱(EDS)等表征手段证明了Sc_(2)O_(3)的成功掺杂。通过使用交流阻抗法测试了其电导率,结果表明当Sc_(2)O_(3)的掺杂量为x=0.04时,Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl硫化物固态电解质显示出较高的离子电导率,可以达到3.17×10^(-3)S/cm。用Sc_(2)O_(3)掺杂量为x=0.04的硫化物固态电解质Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl组装锂-锂对称电池显示出0.95 mA/cm^(2)的高临界电流密度(CCD)和在0.1 mA/cm电流密度下超过300 h的稳定锂-锂对称电池循环过程。Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl基全固态电池显示出了249.03 mAh/g和191.2 mAh/g的首圈充放电比容量以及76.78%的首圈充放电效率,循环950圈后仍能保持123 mAh/g的放电比容量。即使在空气中暴露90 min后,Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl电解质仍能表现出较好的晶形结构和良好的全固态电池循环性能。本工作为提高Li6PS5Cl型硫化物固态电解质的电化学性能提供了新的思路。 展开更多
关键词 硫化物固态电解质 离子电导率 掺杂改性 固态电池
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固态电解质Li_(3)PS_(4)晶相结构转变 被引量:1
9
作者 梁嘉宁 许晓伟 +3 位作者 曾诚 王书豪 梁昊樾 李会巧 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1190-1200,共11页
硫化物Li_(3)PS_(4)是重要的含硫快离子导体,锂离子电导率高,机械性能优异,化学兼容性好,属于全固态电池中一类重要的固态电解质.Li_(3)PS_(4)具有多种晶体结构(玻璃态、α相、β相、γ相),而晶体结构对于材料离子电导率有决定性的影响... 硫化物Li_(3)PS_(4)是重要的含硫快离子导体,锂离子电导率高,机械性能优异,化学兼容性好,属于全固态电池中一类重要的固态电解质.Li_(3)PS_(4)具有多种晶体结构(玻璃态、α相、β相、γ相),而晶体结构对于材料离子电导率有决定性的影响,因此探究不同Li_(3)PS_(4)晶体结构的合成条件及其转变过程对固态电解质的应用有重要意义.本文通过原位变温Raman和室温X射线衍射(XRD)分析发现,通过球磨法所得glass-Li_(3)PS_(4)在首次升温过程中(240℃)优先转变为亚稳态的β-Li_(3)PS_(4),此时冷却到室温能保持β相结构,并具有较高的离子电导率(0.65 mS cm^(-1)).当烧结温度继续升高(>480℃),β相会转变为离子电导率更高但热力学不稳定的α-Li_(3)PS_(4),在后续的降温过程中,α相会直接转变为热力学更稳定但离子电导率差的γ-Li_(3)PS_(4).此外,γ-Li_(3)PS_(4)和β-Li_(3)PS_(4)具有一定的结构记忆效应,即使经历二次低温烧结后(240℃)也能维持其固有的结构.以上结果表明,首次烧结温度对于Li_(3)PS_(4)材料的结构和离子电导率具有重要的影响,合理控制烧结温度能够成功制备出具有更高离子电导率的β-Li_(3)PS_(4)固态电解质.此外,所制备的β-Li_(3)PS_(4)固态电解质对锂表现出相对优异的界面性能. 展开更多
关键词 固态电池 硫化物固态电解质 Li_(3)PS_(4)含硫快离子导体 晶体结构转变
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硫化物固态电解质在全固态电池中的应用研究进展 被引量:2
10
作者 秦志光 顾正建 《电池工业》 CAS 2021年第6期329-335,共7页
硫化物固态电解质与聚合物、氧化物固态电解质相比,在离子电导率、热稳定性等方面表现出较大优势,因此获得了广泛的关注。然而硫化物固态电解质与正/负极界面相容性问题且化学性质不稳定,这些都制约着其在全固态电池中的应用。通常,通... 硫化物固态电解质与聚合物、氧化物固态电解质相比,在离子电导率、热稳定性等方面表现出较大优势,因此获得了广泛的关注。然而硫化物固态电解质与正/负极界面相容性问题且化学性质不稳定,这些都制约着其在全固态电池中的应用。通常,通过电极材料改性,电极包覆和元素掺杂等方法能够有效改善这些问题。介绍了硫化物固态电解质的主要类型,讨论了目前其应用中存在的问题,分析了硫化物固态电池优化的方法及其最新研究进展,最后对硫化物固态电解质在全固态电池中的应用进行了展望,提出了今后研究中应重点关注的技术和方向。 展开更多
关键词 固态电池 硫化物固态电解质 离子电导率 正极界面 负极界面
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硫化物固态电解质Li10GeP2S12与锂金属间界面稳定性的改善研究 被引量:2
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作者 周墨林 蒋欣 +2 位作者 易婷 杨向光 张一波 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1810-1817,共8页
通过N-丁基-N-甲基哌啶双(氟磺酰)亚胺盐离子液体和双(氟磺酰)亚胺锂盐修饰了Li|Li10GeP2S12界面,并研究了界面的改性效果.研究结果表明,在界面处原位生成一层致密的固体电解质界面膜(SEI),具有一定流变性的离子液体可渗透到Li10GeP2S1... 通过N-丁基-N-甲基哌啶双(氟磺酰)亚胺盐离子液体和双(氟磺酰)亚胺锂盐修饰了Li|Li10GeP2S12界面,并研究了界面的改性效果.研究结果表明,在界面处原位生成一层致密的固体电解质界面膜(SEI),具有一定流变性的离子液体可渗透到Li10GeP2S12晶粒内部;在0.1 mA/cm2的电流密度下,界面改性后的Li|Li10GeP2S12|Li对称电池可稳定循环1500 h以上,极化电压仅为30 mV.在2.5~3.6 V电压范围内, Li|Li10GeP2S12|LiFePO4电池在0.2C倍率下充放电循环的首次放电比容量为148.1 mA·h/g,库仑效率为95.8%,经过30次循环后容量保持率为90.1%. 展开更多
关键词 硫化物固态电解质 电解质/电极界面 离子液体
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固态锂硫电池中硫化物固态电解质的研究现状 被引量:1
12
作者 贾政刚 钱明芳 +3 位作者 叶凤柏 张学习 耿林 熊岳平 《当代化工研究》 2022年第19期87-90,共4页
全固态电池选用固态电解质代替液态电解质,其化学性质稳定,能够改善金属锂负极的安全隐患,而硫化物固态电解质由于其高离子导率和可加工性因此受到了广泛的关注。然而,与液态电解质相比,固态电解质的低离子导率和固固接触导致的界面问... 全固态电池选用固态电解质代替液态电解质,其化学性质稳定,能够改善金属锂负极的安全隐患,而硫化物固态电解质由于其高离子导率和可加工性因此受到了广泛的关注。然而,与液态电解质相比,固态电解质的低离子导率和固固接触导致的界面问题依然制约其实际应用。本文讨论了固态锂硫电池中硫化物固态电解质目前的问题和研究现状,并从离子导率和界面问题两方面介绍了全固态锂硫电池的发展趋势,为全固态锂硫电池的规模化应用提供参考。 展开更多
关键词 固态锂硫电池 硫化物固态电解质 固固界面 电化学性能
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固态锂电池中的界面优化
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作者 许晓伟 王书豪 +1 位作者 赵英鹤 李会巧 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1466-1484,共19页
全固态锂电池由于高安全性、高能量密度、宽电化学窗口受到研究者的关注,但是在实际应用中也存在一些问题,如固态电解质和电极材料之间为刚性接触,界面电阻大;锂金属较为活泼,与电解质接触易发生副反应导致界面不稳定;硫化物固态电解质... 全固态锂电池由于高安全性、高能量密度、宽电化学窗口受到研究者的关注,但是在实际应用中也存在一些问题,如固态电解质和电极材料之间为刚性接触,界面电阻大;锂金属较为活泼,与电解质接触易发生副反应导致界面不稳定;硫化物固态电解质对空气不稳定,生产成本高等。综述了电极材料与氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质的界面问题,对界面优化策略进行介绍和讨论,为以后解决全固态锂电池界面问题提供参考。 展开更多
关键词 氧化固态电解质 硫化物固态电解质 聚合固态电解质 界面优化
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Li_(3)PS_(4)硫化物固态电解质制备及其电化学性能研究 被引量:1
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作者 罗传军 张宁博 +2 位作者 张齐齐 孔霞 李丽 《河南化工》 CAS 2021年第8期15-17,共3页
采用高能球磨法制备出Li3PS4玻璃陶瓷硫化物固态电解质,对制备出的Li_(3)PS_(4)玻璃陶瓷硫化物固态电解质进行晶型结构和电化学性能测试,离子电导率达到10^(-3) S/cm。通过循环伏安测试,电化学窗口大于6 V,具有良好的电化学稳定性。
关键词 高能球磨法 Li_(3)PS_(4)玻璃陶瓷 硫化物固态电解质 电化学性能
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低成本硫化物固态电解质Li6-xPS5-xClx的制备与性能研究
15
作者 杨纳川 王玉 +1 位作者 帅毅 陈康华 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期885-889,共5页
硫化物固体电解质以其室温电导率高,热稳定性好,电化学窗口宽等特点,在高功率及室温固态电池方面优势突出,是极具潜力的固态电解质材料.但制备其所需的高纯度Li2S原料高昂的价格使其实际应用受到掣肘,故本文使用单质锂金属(99.9%)、升... 硫化物固体电解质以其室温电导率高,热稳定性好,电化学窗口宽等特点,在高功率及室温固态电池方面优势突出,是极具潜力的固态电解质材料.但制备其所需的高纯度Li2S原料高昂的价格使其实际应用受到掣肘,故本文使用单质锂金属(99.9%)、升华硫、氯化锂和五硫化二磷等低成本原料,采用球磨法和高温热处理制备得到了Li6-xPS5-xClx(x=0.5)固态电解质粉末,通过X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对Li6-xPS5-xClx(x=0.5)固态电解质进行了表征,并使用交流阻抗法测试了其电导率,电导率可达8.29×10-4S·cm-1,将Li6-xPS5-xClx(x=0.5)固态电解质粉末进行冷压制片,制成Li对Li半电池后显示了良好的循环性能. 展开更多
关键词 低成本 球磨法 硫化物固态电解质 锂离子电导率
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