• 电话:0531-88364464
  • 传真:0531-88564464
  • 地址:
    中国山东省济南市山大南路27号
  • 邮编:250100


学术进展

杨剑课题组钠离子二次电池电极材料的研究取得重要进展

dangwei    April 25, 2017, 11:10 a.m.

 

近日,化学与化工学院钱逸泰院士团队杨剑教授课题组在高性能钠离子二次电池电极材料的研究方面获得重要进展。论文以“MoSe2-Covered N,P-Doped Carbon Nanosheets as a Long-life and High-Rate Anode Material for Sodium-Ion Batteries”为题,在线发表在《先进功能材料》(Adv. Funct. Mater)杂志。

 

锂离子电池作为一种清洁的储能器件,受到研究者们的广泛关注,但是由于锂资源在地壳中分布不均衡性等缺点,限制了锂离子电池的未来发展。相比而言,钠资源的丰富廉价,相似的理化性质,有望使钠离子电池成为锂离子电池最有力的替代者。但是目前钠离子电池仍存在许多亟待解决的研究问题,例如,钠离子较大的半径(~ 1.06 Å)导致扩散能垒升高,脱/嵌动力学滞后等。因此探寻高比容量、高稳定性的电极材料,实现具有高能量密度,长循环寿命的钠离子电池,成为了科研工作者们面临的新挑战。

 

二硒化钼作为一种层状三明治结构的过渡金属硒化物,其较小的能带隙(~ 1.1 eV),较大的层间距(~ 0.65 nm)及不错的理论容量(~ 422 mAh g-1)等优异特性,使其成为较为理想的钠离子电池负极材料。但是该材料仍存在许多包括较低的离子导电性,大的体积效应等问题。针对上述问题,2015级博士生牛斐洱在杨剑教授的指导下,将二硒化钼与双掺杂的碳纳米片进行复合,不仅有效提高了该材料的电子导电性,抑制了充放电过程中中间产物的粉碎脱落,并且缓解了体积效应,增加电极材料电化学活性,促进了电池循环稳定性。在0.5A g-1的电流密度下循环1000圈,其可逆容量仍保持在378mAh g-1。即使在5A g-1的电流密度下循环1000圈,容量也维持在232 mAh g-1。在此基础上,通过非原位的拉曼光谱揭示了MoSe2的储钠机制,与HRTEM照片得出的结论一致。合作者樊唯镏教授及其课题组2015级博士生杨静的模拟计算结果表明,不同杂原子之间的协同效应,增加了掺杂碳材料与放电产物之间较强的相互作用,有效地缓解循环过程中活性物质的脱落与粉化,大幅度提高了钠离子电池循环稳定性。该材料展现的显著赝电容行为为它的大电流性能提供了很好的解释。最后,将二硒化钼与杂原子双掺杂的碳纳米片复合材料与磷酸钒钠首次组装为钠离子全电池,获得了良好的循环稳定性和倍率性能,证实了它的应用潜力。

 

近年来,杨剑教授课题组在新能源储能材料方面还取得了一系列成果,包括介孔非晶硅材料在锂离子电池中的应用(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 14063-14066, Highlighted by X-mol.com; Chemeurope.com, q-more.com, etc.),含有氧空位缺陷的二氧化钛包覆金属锑纳米颗粒的双层纳米管在锂/钠离子电池中的应用(Adv. Mater., 2016, 28, 4126-4133, ISI Highly cited paper)等等。上述研究得到了国家自然科学基金面上项目(21471090),山东省泰山学者支持计划(ts201511004),国家重大仪器研制专项(61527809)等项目的支持。

Copyright (C) 2014 www.chemnew.sdu.edu.cn All rights reserved.