南湖新闻网

首页 > 新闻 > 科学研究 > 正文

我校科研团队为新型锂/钠离子电池负极材料研究提供新思路

核心提示: 近日,我校理学院陈浩教授带领的先进材料与绿色催化团队在能源存储领域方面取得研究进展,相关成果以“Fe2VO4 hierarchical porous microparticles prepared via a facile surface solvation treatment for high performance lithium and sodium storage”为题发表在国际知名学术期刊Small上。

南湖新闻网讯(通讯员 罗艳珠)近日,我校理学院陈浩教授带领的先进材料与绿色催化团队在能源存储领域方面取得研究进展,相关成果以“Fe2VO4 hierarchical porousmicroparticles prepared via a facile surface solvation treatment for highperformance lithium and sodium storage”为题发表在国际知名学术期刊Small上。论文第一作者为理学院青年老师罗艳珠博士和黄德康博士,通讯作者为我校理学院陈浩教授和武汉理工大学麦立强教授。

随着高性能电动汽车领域的快速发展,目前以商用石墨为负极的锂离子电池已逐渐难以满足目前高能量密度(碳负极理论容量为370 mA h/g)、高功率密度的要求。此外,为了缓解锂资源稀缺的国际性难题,具有与锂离子电池相似电化学反应机理的钠离子电池受到研究者的青睐,并且成为了大规模高效储能系统的研究热点。然而,钠离子半径(1.02 Å)大于锂离子半径(0.76 Å),商用石墨无法实现钠离子在材料内部的脱嵌。因此,诸多研究者开始寻求具有高能量密度、高功率密度及长循环寿命的新型负极材料以取代传统的石墨负极。

在诸多具有商用潜力的负极材料中,二元金属氧化物具有电化学活性高的优点,同时纳米结构的构筑有利于进一步提高Li+/Na+在材料内部的反应动力学。然而由于所制备的纳米材料表面能大,材料在合成过程中容易发生硬团聚,极大劣化了材料的电化学性能。基于此,我校理学院陈浩教授团队通过对样品进行表面溶剂化减少了材料在烘干过程中化学键的形成,从而得到了纳米颗粒分散良好的软团聚微米颗粒。理论计算表明,乙醇分子可通过与纳米颗粒表面的羟基形成氢键而自发吸附在材料表面,并在随后的烘干过程中形成乙氧基以实现对材料表面羟基的取代。Zeta电位测试和FTIR光谱证实了该反应的发生。由此所制备的Fe2VO4分级多孔微米颗粒表现出优异的电化学性能,同时该团队进一步利用原位XRD技术探究了材料的电化学反应机理。作为锂离子电池负极材料时,材料表现出放电容量高(0.5 A/g电流密度下放电容量为799 mA h/g)、倍率性能好(5 A/g电流密度下放电容量为679 mA h/g)和稳定性良好(500次循环的容量保持率为78 %)的特点。作为钠离子电池负极材料时,材料在1 A/g电流密度下循环1000次后放电容量保持为229 mA h/g。该研究提供了一种具有优异电化学性能的新型锂离子/钠离子电池负极材料,并为纳米结构电极材料的构筑提供了一种新思路。

据悉,近年来,陈浩教授带领的先进材料与绿色催化团队一直聚焦能源、环境材料与光催化技术的研究,取得了一系列重要的研究进展和成果。近两年已经发表多篇相关领域的高水平研究论文,其中包括:Adv. Mater.,2017, 29, 1701774; ACS EnergyLett., 2018, 3, 2544; Adv. Funct. Mater., 2018,28, 1803309; Adv. Funct. Mater., 2017,27, 1703923; Appl. Catal. B: Environ., 2018,224, 871; Appl. Catal. B: Environ., 2017,203, 563; J. Mater. Chem. A, 2018,6, 153等,研究工作受到了同行广泛关注。

上述研究成果获得国家自然科学基金及校自主创新项目资助。

相关链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201804706

审核人:陈浩

责任编辑:兰涵旗
0