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钠电池金属硒化物负极材料研究取得新进展

技术前瞻  Technology prospect

钠电池金属硒化物负极材料研究取得新进展

来源:
电池中国网
发布时间:
2018/11/22
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钠电池金属硒化物负极材料研究取得新进展

 

近日,国际知名期刊《Advanced Materials》(IF = 21.95)和 《Advanced Energy Materials》(IF = 21.875)相继发表了中南大学化学化工学院纪效波教授团队在钠电池金属硒化物负极材料方面的系列研究工作。纪效波教授为论文的通讯作者,2016级博士生葛鹏为论文的第一作者。

 

纪效波教授团队长期致力于新型电池材料的研究。研究发现,作为三大反应机理之一的转换反应,有着小于合金化反应的体积膨胀,大于嵌入反应的储钠容量,目前被认为是具有巨大潜力的新型电池材料体系。该类材料主要包括,金属氧化物,硫化物,硒化物,磷化物等,由于磷化物的原料毒性以及合成方法的限制性,目前主要的转换型材料主要集中到金属基第六主族化合物。其中,由于Se元素较强的电子电导率 (1 × 10-5 S m-1)以及较弱的电负性 (2.5),致使金属硒化物有潜力成为同时具有优异的充放电比容量以及循环稳定性。

 

纪效波教授团队在设计调控金属硒基材料与碳基质的界面特性方面取得新进展。通过自组装的手段设计合成线了团状的碱式碳酸镍(Ni-Pr),利用其较大的比表面积将吡咯单体吸附其中进行聚合反应。利用Se单质以及高温下的柯肯达尔效应,成功的生成了碳包覆的多级中空结构。体系成功地引入了金属氧-碳键以及衍生的双碳层结构,有效地提升了材料的反应可逆性,缓解材料的体积膨胀,深化电化学反应进行深度。在钠离子能量存储领域展现出优异的性能,该工作对于金属基材料的设计以及衍生具有重要的指导意义。研究成果近日发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials, 2018,DOI: 10.1002/adma.201803035)(IF = 21.875)。

 

钠电池金属硒化物负极材料研究取得新进展

 

此外,团队发现基于铁基的类普鲁士蓝结构,有着原料来源广泛,生产工艺简单等特点,但是材料自身的内部间隙结晶水以及相对较弱的氧化还原电对Fe2+/Fe3+, 致使该类材料的循环稳定性以及倍率性能不佳,通过阳离子(钴,镍,锰)置换部分铁基元素对于类普鲁士蓝材料的结晶度,颗粒尺寸,以及电化学性能进行系列有效的调控。得益于优异的物理化学稳定性,增强动力学系数以及“零应变”结构,所制备的Ni-Fe PBAs,在1.0 A g-1的电流密度下,容量依然可以维持在81 mAh g-1。此外,通过热解硒化的办法,进一步衍生双碳层核壳结构镍铁基硒化物,展现出优异的循环稳定性以及快速充放电能力。通过镍基类普鲁士蓝与衍生的相应硒化物作为正负极材料,组装对应全电体系,展现出出众的充放电比容量302.2 mAh g-1 (1.0 A g-1)。研究成果近日发表在《先进材料》(Advanced Materials, 2018,DOI: 10.1002/adma.201806092)(IF = 21.95)。

 

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