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18新利登录:【聚焦“双一流”】我院在碳基储能材料研究领域取得新进展

时间:2021-07-08   浏览:13

     由于钠/钾在地壳中的储量丰富且价格低廉,钠/钾离子电池(SIBs/ KIBs)被认为在大规模储能设备中具有广阔的应用前景。然而,由于钠/钾的离子半径较大,在充电过程中离子扩散速度较慢,并且容易引起电极材料结构破坏,表现出较差的循环稳定性,从而不能满足高性能电池储能系统的应用需求。

  近期,我院能源材料与化学研究所郑方才副教授研究团队通过调控碳基电极材料中存储钠/钾离子活性位点的电子结构,极大地提升了碳基电极材料的导电性,实现了高的比容量以及大电流密度下的长时间充放电循环。在此领域,该研究团队取得了一系列研究成果,以18新利登录为第一单位发表了多篇论文:

    (1)通过在孔内表面构建被大量的氮原子修饰的多孔碳材料,实现了储钾容量的提升及循环稳定性的改善。结合理论计算,揭示了氮掺杂多孔碳材料的额外储钾容量的来源,相关研究成果发表在Carbon2021, 178, 256-264)上。

    (2)在氮掺杂石墨烯中,研究显示吡啶型氮(N-6)和吡咯型氮(N-5)有利于钾离子的吸附,而石墨型氮(N-Q)对钾离子的吸附没有贡献。而通过传统热解前驱体工艺制备的氮掺杂碳材料中石墨型氮的比例却很高。该团队发展了一种控制碳材料中氮掺杂类型、降低石墨型氮比例的方法,使得氮掺杂碳材料的储钾性能得到显著的提升。相关研究成果发表在Journal of Materials Chemistry A上(2021, https://doi.org/10.1039/D1TA03811G)。

    (3)该团队通过设计并改进静电纺丝工艺,制备出V3S4@CNF自支撑柔性膜电极,借助多孔碳基底增加柔性膜材料的导电性,提升了充放电过程中电子传输能力。此柔性膜作为负极材料组装成钠离子全电池时,表现出优异的性能。相关研究成果发表在Chemical Engineering Journal上(2021, 423, 130229)。

    该系列工作得到国家自然科学基金和18新利登录人才启动基金等项目的支持。

1.V3S4@CNF柔性膜电极方面的工作。



文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622321003456?via%3Dihub

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2021/ta/d1ta03811g

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721018179。





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