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東北師范大學化學學院吳興隆教授小組在柔性鈉/鉀離子電池領(lǐng)域取得系列研究進展

來源:東北師范大學      2019-11-27
導(dǎo)讀:近日,東北師范大學化學學院吳興隆教授小組連續(xù)在《Advanced Materials》和《Advanced Energy Materials》等頂級學術(shù)期刊發(fā)表了封面文章,報道了研究小組在柔性鈉/鉀離子電池及其柔性電極方面取得的重要研究成果。

 隨著輕質(zhì)、便攜、柔性和可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展,柔性二次電池引起了研究者的廣泛關(guān)注。在保持高性能的前提下實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的柔韌性,將是一個富有挑戰(zhàn)性的瓶頸難題。其中,新型柔性高性能電極的設(shè)計與制備是最關(guān)鍵的核心問題之一。針對該問題,在國家自然科學基金、學校材料科學與工程雙一流建設(shè)經(jīng)費和科技處中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費的資助下,吳興隆教授小組以常見的柔性紙巾為生物質(zhì)類前驅(qū)體,通過控制碳化條件,設(shè)計制備了自支撐柔性硬碳電極,將其用作鈉離子電池負極時,表現(xiàn)出高的初始庫倫效率和優(yōu)異低溫性能,相關(guān)成果以以“Self-Supporting, Flexible, Additive-Free, and Scalable Hard Carbon Paper Self-Interwoven by 1D Microbelts: Superb Room/Low-Temperature Sodium Storage and Working Mechanism”為題發(fā)表于Advanced Materials(2019,31(40), 1903125)上,并被遴選為雜志當期內(nèi)封面進行了重點介紹。

  如圖1所示,在醚類電解液中,這種柔性自支撐硬碳電極負極實現(xiàn)了高達91.2 %的初始庫倫效率,表現(xiàn)出了高倍率性能、長循環(huán)壽命和非常優(yōu)異的低溫性能(-25℃下的儲鈉容量保持率達室溫時的89.0%)。此外,還揭示了該柔性電極在“吸附-插層”儲鈉過程中的動力學決速過程。

圖1 自支撐柔性硬碳電極儲鈉性能的相關(guān)研究成果

  進一步地,以商品化棉布為原料,通過控制碳化條件和P摻雜技術(shù),提升了棉布衍生柔性碳布電極儲能性能(ACS Appl. Mater. Interfaces 2017,9(14), 12518和ACS Appl. Mater. Interfaces 2018,10(21), 17903)的基礎(chǔ)上,進一步以該類碳布為正極集流體和支撐電極,開發(fā)了高性能柔性鈉/鉀離子全電池,相關(guān)成果以“Flexible Na/K-Ion Full Batteries from the Renewable Cotton Cloth-Derived Stable, Low-Cost, and Binder-Free Anode and Cathode”為題發(fā)表于Advanced Energy Materials(2019,9(38), 1902056)上,并被遴選為雜志當期封底進行了重點介紹。

  如圖2所示,以棉布衍生所得碳布為鈉/鉀離子電池負極和正極的柔性基底,活性普魯士藍立方體原位生長于碳布上后為柔性正極,組裝的鈉/鉀離子全電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能、柔韌性以及實用性。該研究為柔性電極的設(shè)計提供了新的研究思路,有望進一步開發(fā)出更高性能的柔性鋰/鈉/鉀等二次電池并促進其實用化。

圖2 棉布衍生碳布基柔性鈉/鉀離子電池的相關(guān)研究成果

  附:Advanced Materials相關(guān)文章

    Advanced Energy Materials相關(guān)文章


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