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钱逸泰院士团队杨剑课题组钠离子电池研究取得重要进展
发布时间:2018年12月03日 14:21    作者:杨剑    点击:[]

 

近日,我院钱逸泰院士团队杨剑教授课题组钠离子二次电池研究方面取得新成果。围绕着合金机制钠离子电池负极材料的循环稳定性提升和新材料电化学机制研究方面,取得了系列研究进展,连续在ACS Nano.Adv. Funct. Mater.上发表高水平研究论文。

钠离子电池与锂离子电池相比具有储量丰富的优势,但存在化学性质活泼、半径大和质量较重的缺点。与此同时,目前常用的碳负极和过渡金属氧化物,并不能满足钠离子电池的负极要求。研究发现,基于合金化反应的负极材料SbSb2S3SnSnO2SnSx等材料,具有较高的理论容量。然而,这些材料经常在循环时经受大量的体积变化和结构应变/应力,这很容易诱发结构解构、颗粒粉碎,从而降低性能。针对上述难题,我院钱逸泰院士团队的杨剑教授课题组研发数种新的磷酸盐体系, 利用P2O74-PO43- 等阴离子较大的体积优势来稳定活性物质,缓冲体积变化带来的结构应力,提高材料的循环稳定性。同时,这种基于磷酸盐的负极材料以往报道很少。主要结果包括:

1) 首次证实晶态的SnP2O7也可以具有优异的电化学性能,并对其电化学反应机制进行了阐述和论证。通过水热反应结合高温煅烧,成功制备出还原石墨烯支撑的晶态SnP2O7SnP2O7/rGO)。当其用于钠离子电池负极材料时,0.2 A g-1的电流密度下循环200圈,容量保持率依然维持在99%。即便是在1 A g-1的电流密度下循环1000圈,容量保持率依然在99%。更重要的是,类似的循环稳定性在全电池中也得到了验证。通过多种离位分析手段,对于磷酸锡的充放电反应,尤其是充电过程进行了细致的分析和讨论,揭示了内在的反应机制。论文以SnP2O7 Covered Carbon Nanosheets as a Long‐Life and High‐Rate Anode Material for Sodium‐Ion Batteries为题发表在国际材料领域著名期刊《先进功能材料》 (Adv. Funct. Mater., 2018, 1804672, DOI: 10.1002/adfm.201804672I.F. = 13.325)。第一作者是山东大学的潘军同学,山东大学化学与化工学院为第一通讯单位。高鹏研究员(北京大学)课题组为材料的结构分析和表征提供了关键数据。该工作发表后立即分别被 “能源学人”网站专题报道。

2)首次将层状结构SbPO4作为钠离子电池的负极材料,对还原氧化石墨烯负载SbPO4纳米棒(SbPO4/rGO)的充放电反应机制和电化学性能进行了初步研究。先进透射电子显微镜(TEM)研究发现,首次放电时纳米棒的直径方向发生巨大膨胀,长度方向的变化则相对较小。采用X射线衍射(XRD)和选区电子衍射(SAED)分析其原因是SbPO4还原为Sb并继续合金化导致。在0.5 A g-1的电流密度下,SbPO4/rGO在半电池和全电池中循环100次后,容量保持率都为99%。在半电池中,其循环寿命可达1000圈,而比容量依然维持在100 mAh g-1。论文以Layered-Structure SbPO4/Reduced Graphene Oxide: An Advanced Anode Material for Sodium Ion Batteries为题发表在国际纳米领域权威期刊《美国化学会·纳米》 (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b08065I.F. = 13.709)。第一作者是山东大学的潘军同学和北京大学/哈尔滨工业大学的陈树林同学,高鹏研究员(北京大学)和杨剑教授(山东大学)为共同通讯作者,山东大学化学与化工学院为第一通讯单位。研究过程得到了山东大学理论化学所付强老师的重要计算支撑。该工作发表后立即分别被 “材料人”网站专题报道。

上述研究工作得到了国家自然科学基金面上项目,国家自然科学基金仪器研发专项,山东省泰山学者计划,山东省重大研发计划,山东大学交叉学科培育项目的支持,学院大型仪器中心的分析测试平台为本工作提供了关键支持。杨剑教授课题组自2016年来,以通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.Adv. Mater.ACS Nano.Adv. Funct. Mater.等顶级刊物发表多篇论文,研究成果先后被Materialsviewchina.com, chemeurope.com, chemistryviews.org, phys.org, nanowerk.com等网站专题报道,多篇论文入选EIS高引用论文,2篇论文先后被Angew. Chem. Int. Ed J. Mater. Chem. A遴选为HOT PAPER,为学校的人才培养、双一流学科建设和发展做出了积极的贡献。

文章链接:

文:https://doi.org/10.1002/adfm.201804672

相关报道:https://nyxr-home.com/20108.html

文:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08065

相关报道:http://www.nanoer.net/e/action/ShowInfo.php?classid=4&id=6505

http://www.sdchem.com.cn/html/xincailiao/hydt/2018/1127/16544.html

http://www.cailiaoniu.com/160090.html

 

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