近日,湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院張明副教授課題組與University of Washington的Cuozhong Cao教授課題組合作,在高容量、長(zhǎng)壽命的鋰/鈉離子
電池負(fù)極相關(guān)研究方面取得重要進(jìn)展,相關(guān)成果以“A Phase-Separation Route to Synthesize Porous CNTs with Excellent Stability for Na+ Storage”為題、以封面論文的形式發(fā)表在物理/納米科技領(lǐng)域國(guó)際期刊Small上(圖1)。博士生陳智為第一作者,湖南大學(xué)為第一作者單位。
圖1 論文作為《Small》雜志封面的截圖
核殼結(jié)構(gòu)在最近的研究中越來越受到很大的關(guān)注,尤其是在催化、儲(chǔ)能方面得到廣泛的應(yīng)用。核殼結(jié)構(gòu)不僅具有較短的離子擴(kuò)散路徑,較大的電極/電解液界面面積和有效的電子傳遞途徑,而且可以有效地緩解在循環(huán)過程中納米顆粒的體積膨脹。同時(shí),可將核殼結(jié)構(gòu)材料的核層刻蝕得到空心的殼層結(jié)構(gòu)。另一方面,鋰離子電池對(duì)我們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了巨大影響,尤其在消費(fèi)性電子產(chǎn)品領(lǐng)域,但在高容量、長(zhǎng)壽命鋰離子電池方面仍存在較大的瓶頸——因?yàn)楝F(xiàn)有鋰離子電池負(fù)極碳材料的比容量較低(370 mA h/g)。另外,受制于鋰礦資源有限,鋰離子電池的成本和售價(jià)進(jìn)一步提高的可能性巨大,所以發(fā)展資源豐富的鈉離子電池迫在眉睫。
圖2 “相分離”原理值得的中空多孔碳納米管的圖片和鈉離子電池負(fù)極特性。
張明課題組研究發(fā)現(xiàn),在鉬酸銨-聚乙烯醇體系中存在相分離現(xiàn)象,利用經(jīng)典紡絲法合成了MoO2@C核殼復(fù)合纖維,發(fā)現(xiàn)了其具有優(yōu)良的儲(chǔ)鋰性能,相關(guān)論文發(fā)表在Advanced Materials Interfaces,且入選該雜志2016年12月熱點(diǎn)文章(圖2)。在此基礎(chǔ)上,研究者通過去除MoO2@C核殼復(fù)合纖維中MoO2得到了多孔碳納米管。與傳統(tǒng)的碳材料相比,該中空多孔碳納米管具有的一維結(jié)構(gòu)利于電子的快速傳遞,它的多孔性利于離子遷移和空穴儲(chǔ)鈉,這導(dǎo)致其作為鈉離子電池負(fù)極的容量高達(dá)380 mA h/g,且在5 A /g的大電流時(shí)1200次循環(huán)后的容量仍保持在110 mAh/g(圖3),明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的碳材料,對(duì)高容量、高性能、低成本鈉離子電池的應(yīng)用推廣具有重要的指導(dǎo)意義。
圖3 部分作者合影
論文第一作者陳智為在讀博士生(圖3,右二),他在相分離原理制備碳基復(fù)合材料及其儲(chǔ)能應(yīng)用方面開展了大量工作,相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際期刊Small 2017, 13 (23), 1604045;Advanced Materials Interfaces 2017, 4 (3), 1600816。張明課題組在靜電紡絲法復(fù)合纖維的儲(chǔ)能研究方面開展了大量工作,在Nano Letters, Small, J. Mater. Chem. A, Nanoscale等雜志發(fā)表十余篇論文。
以上研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、湖南大學(xué)交叉學(xué)科項(xiàng)目等基金資助,在此表示感謝。
原文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201770121/full
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.201600816/full
(責(zé)任編輯:admin)