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    我校先進電池材料團隊在鋅碘及鋰硫電池領域取得重要進展

    發布時間:2023-06-16   文章來源:材料學院   瀏覽:

    近期,我校先進電池材料團隊關于鋅碘及鋰硫電池的研究取得系列重要進展。

    水系鋅碘電池由于具有高理論比容量(211 mAhg-1)、安全可靠和成本低廉等優勢而引起廣泛關注。但是,鋅碘電池的應用也面臨諸多挑戰,如碘單質導電性較低、中間產物易溶解于電解液并引起穿梭效應、鋅金屬負極枝晶明顯等,這些問題阻礙了鋅碘電池的商業化應用。

    針對鋅碘電池在商業化應用中存在的問題,團隊從碘的載體材料設計出發,通過模板法制備了一種金屬單原子鑲嵌分級多孔碳骨架。研究證實,分級多孔碳材料能夠很好的限制中間產物的溶解,同時金屬單原子可以催化中間產物快速轉化,共同抑制穿梭效應的發生。電化學測試表明,鋅碘電池可以在50C的極高倍率下穩定充放電,循環次數可達40000次;提高碘的面積載量至11.6 mg cm-2,鋅碘電池依然可以穩定循環10000次,容量保持率93.4%,對水系鋅碘電池的實用化提供了理論基礎。相關成果以發表在納米領域頂級期刊《Nano Letters》(中科院一區TOP期刊,IF為12.262)。我校為論文第一單位,馬連波博士和南京信息工程大學朱國銀博士為第一作者,馬連波博士、吳孔林和南京大學金鐘教授為共同通訊作者。

    (金屬單原子制備及形貌表征)


    (水系鋅碘電池的長循環穩定性)

    近年來,鋰硫電池在極端環境(如高低溫環境)下的工作狀態逐漸成為研究熱點,在高溫下,中間產物多硫化鋰的轉化反應會加快,但穿梭效應愈發明顯;而低溫下,由于電解液粘度增大等原因引起的離子傳輸速率變慢會大大降低多硫化鋰的轉化反應動能。因此,研究解決鋰硫電池在寬溫域條件下的問題顯得尤為重要。

    團隊設計合成了一種具有豐富活性位點的多枝狀氮化釩作為催化多硫化鋰轉化反應的催化劑。二次離子質譜和理論計算證實金屬氮化物較高的化學吸附性與催化活性能夠顯著促進多硫化鋰的轉化,原位拉曼光譜表征揭示了多枝狀氮化釩作為催化劑時能夠明顯抑制多硫化鋰的穿梭效應。電化學測試表明,鋰硫電池在–20到60 °C的溫度范圍內仍能正常工作,且循環穩定性較高,為鋰硫電池在寬溫域條件下的應用研究提供了參考。相關成果發表在納米領域頂級期刊《ACS Nano》(中科院一區TOP期刊,IF為18.027)。我校為論文第一單位,馬連波博士和揚州大學王艷榮博士為第一作者,馬連波博士、廣東工業大學張偉博士和南京大學金鐘教授為共同通訊作者。

    (二次離子質譜和理論計算證明氮化釩的高催化活性)


    (鋰硫電池的高低溫性能研究)

    以上研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、安徽省教育廳優秀青年基金、江蘇省雙碳科學基金、安徽工業大學青年拔尖人才基金等項目的支持。

    論文鏈接:

    https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01310

    https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01469

    (撰稿:徐杰 審核:李永濤 張苒 杜飛)

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