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重点实验室在钠离子电池研究上取得重要进展

作者:时间:2020-12-13

由于钠盐来源丰富,提取工艺简单成熟,因此钠离子电池逐渐成为学界的研究热点。然而钠离子的半径较大,质量较重,导致其扩散慢、比锂离子具有更大的体积膨胀效应。因此,寻找合适的负极材料成为钠离子电池得以应用的紧迫任务之一。

在众多的负极材料中,锡的化合物由于原料来源广等优点而备受关注。比较有代表的是锡化亚铁和硫化亚锡,两者都具有较高的理论比容量。然而,锡化亚铁和硫化亚锡也存在很大的体积膨胀效应和易团聚现象。采用合适的方法和策略抑制在充放电过程中的体积膨胀效应、抑制其团聚成为此类锡化合物负极材料成功匹配钠离子电池的关键。

针对锡化亚铁存在问题,重点实验室研究人员郑锋华副教授和潘齐常博士联合浙江大学的李涯皓博士采用巧妙的方法,设计了以锡化亚铁空隙核,以氮掺杂碳层为壳的核壳结构。这种结构不但可以有效抑制锡化亚铁的膨胀效应、抑制锡化亚铁的团聚,而且可以提高负极材料的电导率。这种负极材料在10A/g的电流密度下,获得411 mAh/g的高容量。5A/g电流密度循环2000圈后容量仍保持401.3 mAh/g的高容量。目前,该工作的部分研究结果已发表在ACS NANO期刊上,论文第一作者潘齐常博士,通讯作者为我实验室的郑锋华副教授和浙江大学的李涯皓博士。ACS NANO是ACS旗下重要的化学材料期刊,IF = 14.588。

 Fig1. (A) Schematic illustration for the preparation of FeSe2@NC MRs. (B) Structure of FeSe2@NC MRs.

Qichang Pan, et al, FeSe2@C Microrods as a Superior Long-Life and High-Rate Anode for Sodium Ion Batteries, ACS Nano, 2020

 DOI: 10.1021/acsnano.0c08818

 https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c08818

针对硫化亚锡,重点实验室郑锋华副教授和潘齐常博士采用简单有效的方法,制备出N,S共掺杂碳纳米片修饰双金属硫化物SnS/MoS2异质结构复合材料,N,S共掺杂碳纳米片不仅可以保持材料结构的稳定性,还可以提高电极的导电性,MoS2可以有效抑制充/放电过程中锡纳米粒子团聚和粗化,提高SnS转化反应的可逆性。最后,作为钠离子电池负极材料时,在5A/g的电流密度下,获得372.9 mAh/g的高比容量。1A/g电流密度循环800圈后维持287.2 mAh/g的高比容量。目前,该研究工作部分结果已发表在Journal of Materials Chemistry A期刊上,论文第一作者为博士生崔李三。


 Fig2. Morphology of of SnS/MoS2/NS-CNs and cycle curve

Lisan Cui et al, Constructing an interface synergistic effect from a SnS/MoS2 heterojunction decorating N, S codoped carbon nanosheets with enhanced sodium ion storage performance, Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 22593–22600.

 DOI: 10.1039/d0ta08858g

 https://doi.org/10.1039/D0TA08858G


上述论文的发表标志着我实验室在钠离子电池研究上取得重要进展。



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