北理工孫克寧團隊在《Advanced Energy Materials》發(fā)表鈉離子電池負極研究新成果
發(fā)布日期：2019-04-09 供稿：化學與化工學院
編輯：李亞鑫 審核：趙文祥 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學化學與化工學院孫克寧團隊在高倍率,、長循環(huán)鈉離子電池負極研究方面取得新的研究進展,。通過構(gòu)建介孔中空結(jié)構(gòu)并采用雜原子調(diào)控碳層間距,，獲得了具有較高倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性的碳負極材料,。該研究成果以《Heteroatom-Doped Mesoporous Hollow Carbon Spheres for Fast Sodium Storage with an Ultralong Cycle Life》為題在線發(fā)表在國際能源類頂級期刊《Advanced Energy Materials》（《先進能源材料》,，影響因子21.8）。本文的通訊作者為孫克寧教授及孫旺特別副研究員,，第一作者為北京理工大學化學與化工學院博士研究生倪丹。
鈉離子電池與鋰離子電池相比具有資源豐富,，價格低廉的優(yōu)勢,，可以作為新一代儲能電池?？紤]到儲能電池應用環(huán)境中可再生能源的間歇性及波動性,，以及儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性，開發(fā)高倍率,、長循環(huán)性能的電極材料是鈉離子電池應用中亟待解決的問題,。碳負極材料由于其低成本及環(huán)境友好性，有較高的商業(yè)化前景,。然而,，在充放電過程中，由于鈉離子的離子半徑較大,，會造成離子擴散速率緩慢,，還會產(chǎn)生較大的電極體積變化，導致電池的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性差,，制約了碳材料的實際應用,。為了實現(xiàn)鈉離子電池的高倍率、長循環(huán)性能,，需要碳電極材料具有快速的電子與離子傳導能力,，并保證充放電后電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；為了半徑較大的鈉離子快速擴散,，需要對碳層間距進行調(diào)控,。
基于以上材料設(shè)計思路，孫克寧團隊基于聚多巴胺表面涂覆技術(shù)及雜原子摻雜碳結(jié)構(gòu)調(diào)控方法,，制備了鈉離子電池負極材料——硫氮共摻雜的介孔中空碳球（SN-MHCSs）,，并對其儲鈉機制及循環(huán)后碳結(jié)構(gòu)變化進行了分析,。該研究表明：1.薄壁中空球形結(jié)構(gòu)，有利于離子和電子傳導,，能夠緩沖充放電過程中的體積變化,，碳球表面的介孔結(jié)構(gòu)，能夠促進電解液的擴散及碳球內(nèi)表面的利用,，較高的比表面積可以確保表面電容過程控制的快速鈉儲存,。2.雜原子摻雜，能夠增大碳層層間距,，促進鈉離子的擴散及存儲,，增加電子導電性，提升容量,。3.循環(huán)過程中,，鈉離子的嵌入脫出能夠擴大碳層間距，使碳層排布更加整齊,，促進鈉離子及電子的傳輸,，帶來循環(huán)后電極容量上升。
本研究為高倍率,、長循環(huán)鈉離子電池負極材料的發(fā)展提供了新思路,，這種結(jié)構(gòu)還可以應用于其他需要快速電子/離子傳輸、長期循環(huán)穩(wěn)定性的能源體系中,。
文章詳情： Dan Ni, Wang Sun*, Zhenhua Wang, Yu Bai, Hongshuai Lei, Xinhua Lai, Kening Sun*. Heteroatom‐Doped Mesoporous Hollow Carbon Spheres for Fast Sodium Storage with an Ultralong Cycle Life. Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201900036）.
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900036
作者簡介：
孫克寧,，北京理工大學教授，博士生導師,，教育部長江學者特聘教授,、教育部創(chuàng)新團隊帶頭人、化學電源與綠色催化北京市重點實驗室主任,，曾獲國家級獎勵3項,，省部級獎勵8項。主要從事電化學,、新能源材料領(lǐng)域的交叉研究,，已在Nature Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Nano Letter等國際學術(shù)期刊發(fā)表論文330余篇，他引近6000次,，獲得國家發(fā)明專利授權(quán)40項,。2014-2018年連續(xù)五年獲Elsevier中國高被引學者（能源領(lǐng)域）。
孫旺,，北京理工大學特別副研究員,，博士生導師，主要從事能源儲存與轉(zhuǎn)換材料,、器件及系統(tǒng)集成研究工作,，曾獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎1項,、教育部科技進步獎一等獎1項，在Adv Energy Mater.,、J. Mater. Chem. A,、Nanoscale 、Chem. Comm.等國際學術(shù)期刊發(fā)表論文30余篇,，獲國家發(fā)明專利授權(quán)1項,。
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