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江建军教授团队硕士生研制出新型锂离子/钠离子电池电极材料

作者:王春栋 时间:2017-07-07 点击数:

锂离子电池作为高效率能量存储器件在便携式电子市场已经得到了广泛的应用,并逐步向电动汽车、智能电网和可再生能源大规模储能体系中扩展。然而为满足大规模储能的应用需求,理想的二次电池除需具有适宜的电化学性能外,还必须兼顾资源丰富、价格低廉等社会经济效益指标,因而近年来对钠离子电池的研究和发展也受到人们的密切关注。锡基材料是一种理想的锂/钠离子电池负极材料,具有较高的理论比容量,但由于其在充放电过程中巨大的体积变化导致锡基材料的循环稳定性很差。如何设计并制备出一种新颖的纳米复合结构电极材料,使其既能够展现出优异的锂/钠离子存储能力,有能够在充放电循环过程中保持结构的稳定性,是当前锡基锂/钠离子电池研究领域的热点和难点。

近期,针对传统的二氧化锡基锂/钠离子电池负极材料导电性差,结构不稳定等特点,硕士生敖翔在导师王春栋副教授的指导下采用了一种合理设计的双模板方法制备出了具有新颖结构的蜂窝状二氧化锡/碳复合电极材料。此方法采用了纳米二氧化硅小球作为模板,制备空心二氧化锡小球结构,同时采用立方形氯化钠模板得到片状碳结构,最终得到空心二氧化锡纳米小球镶嵌在层状碳薄膜当中的纳米结构。此结构中二氧化锡具有较高的理论比容量且所设计的碳片能够有效地将二氧化锡小球连接在一起不仅有利于增强材料的导电性,促进电子或离子的传输,同时二氧化锡小球包覆在碳膜当中可对其体积膨胀起到一定的限制作用,二氧化锡小球中的空腔结构也会为它的体积膨胀提供一定的缓冲空间,这种合理的设计使得此电极材料表现出了非常优异的电化学性能在锂(钠)离子电池中。该材料在100 mA g-1的电流密度下循环100次后储锂容量和储钠容量分别达到928.9和251.5 mAh g-1,可见该材料具有良好的循环稳定性,及较高的储锂容量和储钠容量,具有一定的商业化潜力。该研究成果发表在电化学国际权威杂志功率电源(Journal of Power Sources, IF=6.395,

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317307164),王春栋副教授,江建军教授为该论文共同通讯作者。

图1.(a)蜂窝状二氧化锡/碳复合材料的扫描电镜图;(b)蜂窝状二氧化锡/碳复合材料的透射电镜图;(c)蜂窝状二氧化锡/碳复合材料在锂离子电池中的循环性能;(d)蜂窝状二氧化锡/碳复合材料在钠离子电池中的循环性能

该研究工作获得国家自然科学基金(51502099, 51571096)、湖北省自然科学基金(2016CFB129),华中科技大学自主创新基金(2016YXMS211),湖北省楚天学者计划楚天学子项目,及华中科技大学科研启动金等经费资助。

王春栋副教授是江建军教授团队青年教师,2015年8月加入光电学院,主要研究方向为:石墨烯类二维纳米材料可控制备及性能调控、电化学储能材料与器件、燃料电池电极催化剂、等离子体纳米电子学。自加入光电学院以来,以第一作者/通讯作者发表SCI论文多篇。

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