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我院纳米能源团队在国际顶级学术期刊《Advanced Energy Materials》上发表最新研究成果

发布时间:2017-07-17    作者:  材料学院    来源:      浏览次数:937

近日,我院梁叔全教授研究团队在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials, IF=16.721)上在线发表研究论文“Chemical Synthesis of 3D Graphene-Like Cages for Sodium-Ion Batteries Applications(DOI: 10.1002/aenm.201700797),该刊物是材料、能源、环境领域的国际顶级期刊,在Google能源学科领域所有杂志中排名第三,在化学与物理领域排名第三。这是学院为第一完成单位、第一作者、第一通讯作者首次在此刊物上发表的第一篇研究性论文,该论文是学校拔尖博士校长奖学金获得者曹鑫鑫,在梁叔全教授、潘安强教授及美国西北太平洋国家实验室刘俊教授共同指导下完成的。这是该研究团队近几年继在Ener.& Envir.Sci.2013IF=25.4)、Nano Energy20152016IF=12.3)国际顶级期刊发表的第6IF10的高影响因子研究论文。

锂离子电池已经广泛的被应用在便携式电子产品、电动汽车及大型储能设备中,然而,锂的储量是有限的,且分布不均。一直以来科研人员都在努力寻找新电池,钠在地壳中储量非常丰富,具有和锂相似的物理化学性质和电化学储存机制,因此在大规模储能应用领域发展室温钠离子电池技术具有十分重要的战略意义。然而,受Na离子半径较大制约,反复嵌入/脱出极易导致材料结构塌陷,引起容量的衰减,开发难度很大。在众多的钠离子正极材料中,具有NASICON结构的磷酸钒钠(Na3V2(PO4)3),结构稳定、电压平台高、热稳定性佳等优点而备受关注。然而,其低的电子电导率严重制约其长循环寿命和快速充放性能。

为了解决上述重要技术难题,学院研究团队通过熔融烃辅助固相反应法成功构筑了一种三维石墨烯笼子,将Na3V2(PO4)3纳米片裹覆其中,构筑出一种特殊纳米阵列材料,设计方案具有简单、环保、有效等特点,而且可以作为一种的普适方法,拓展至其他电极材料的电化学性能改善,有望发展成具有快速充放和长循环寿命储能电池新技术。

 

三维石墨烯笼子有效抑制了高温热处理过程Na3V2(PO4)3纳米片生长,始终保持纳米尺度,从而有效抑制材料充放电过程中的体积变化、防止其团聚,同时还可以高速输送钠离子和电子到每个活性纳米颗粒表面,缩短了充放电过程中Na离子的扩散距离。从而真正发挥纳米结构电极材料的动力学优势,实现兼具高容量和高倍率性能的钠离子电池正极材料。此外,将Na3V2(PO4)3纳米片阵列材料刻蚀后可得到富含缺陷的笼子状三维石墨烯材料,该材料作为钠离子电池负极,表现出优异的储钠性能。

该研究工作获国家自然科学基金、教育部新世纪人才支持计划、高等学校博士学科点专项科研基金等项目的资助。

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201700797/full



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