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我校在能源存储研究中获得新进展

核心提示: 3月29日,我校理学院“功能材料与生物质利用”课题组在能源存储研究中获得重要进展。

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南湖网讯(通讯员 叶欢)3月29日,我校理学院“功能材料与生物质利用”课题组在能源存储研究中获得重要进展。该成果以“Realizing a Highly Stable Sodium Battery with Dendrite-Free Sodium Metal Composite Anodes and O3-Type Cathodes”为题在国际著名学术期刊Nano Energy 上在线发表。理学院副研究员叶欢为第一作者,副教授曹菲菲和中国科学院化学研究所研究员郭玉国为共同通讯作者。

室温金属钠二次电池因金属钠具有高的理论比容量、较低的还原电位和低成本等优点被认为是一种极具应用前景的高比能二次电池。然而,钠枝晶和不稳定的固体电解质膜(SEI)的形成及循环过程中金属钠巨大的体积变化,导致了库仑效率低和循环寿命差,阻碍了金属钠在二次电池中的实际应用。本工作首次提出一种三维纳米化钠-碳复合负极,实现了金属钠的均匀成核和生长,有效解决了金属钠可逆性差和体积变化大的问题。

以类洋葱状、石墨化的球形碳为载体,通过电化学沉积将纳米化的金属钠负载到石墨碳层间。这种限域的纳米钠金属一方面具有很高的电化学活性,可以确保高的可逆性;另一方面,金属钠表面的石墨碳作为一种人造的SEI层,可以有效阻止金属钠与电解液反应,缓解体积膨胀,实现高库仑效率。得益于上述优点,构筑的三维钠-碳复合负极在金属钠二次电池中表现出优异的枝晶抑制能力、较小的体积变化、高可逆性(4 mA/cm2电流密度下库仑效率高达99.3%)和超长的循环寿命(0.5 mA/cm2电流密度下循环超过3500 h)。另外,以该三维钠-碳复合材料为负极,新型的层状材料O3-NaNi0.5Mn0.2Ti0.3O2为正极组装成全电池,该全电池表现出优异的长循环寿命(0.5 C下循环100圈)。

上述研究工作深入分析了金属钠的存在形式与电化学性能之间的关系,结合碳材料的结构优势,提出钠-碳复合负极的概念,是金属钠负极研究的重要突破。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和校自主创新基金的大力支持。

论文链接https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.03.069

审核人:曹菲菲

责任编辑:王银
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