——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
語(yǔ)音播報(bào)
近日,中科院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒、副研究員鄭瓊團(tuán)隊(duì)和燕山大學(xué)教授唐永福團(tuán)隊(duì)合作,在鈉/鋰離子電池電極儲(chǔ)能機(jī)理研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。
近年來(lái),鈉離子電池研究受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注,取得快速發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn),具有較高鈉離子儲(chǔ)存性能和循環(huán)穩(wěn)定性的電極材料,對(duì)于提高鈉離子電池的能量密度和倍率性能十分重要。
研究中,團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種珊瑚狀磷化鐵(FeP)復(fù)合材料,該材料可錨定FeP納米顆粒,并將其均勻分散在氮(N)摻雜的三維碳骨架(FeP@NC)上。珊瑚狀FeP@NC復(fù)合材料具有較短的電荷轉(zhuǎn)移路徑和較高的導(dǎo)電氮摻雜碳網(wǎng)絡(luò),可顯著改善復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。同時(shí),由于FeP納米顆粒周?chē)哂懈叨冗B續(xù)的N摻雜碳骨架和彈性緩沖的石墨化碳層,基于FeP@NC復(fù)合材料的鈉離子電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能,在10安培/克下,經(jīng)10000次循環(huán)后,其容量保持率為82.0%。
更重要的是,針對(duì)循環(huán)過(guò)程中電池容量逐漸上升的現(xiàn)象,研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合電化學(xué)研究和原位電鏡表征分析,證實(shí)了一種獨(dú)特的顆粒細(xì)化在循環(huán)過(guò)程中提高容量的作用機(jī)制,這種容量提升效果在小電流下表現(xiàn)得更為顯著。研究表明,均勻分布在氮摻雜碳基體上的FeP納米顆粒,在第一個(gè)循環(huán)中經(jīng)歷了細(xì)化—復(fù)合過(guò)程,經(jīng)過(guò)數(shù)次循環(huán)后呈現(xiàn)出全區(qū)域細(xì)化的趨勢(shì),這種細(xì)化對(duì)周?chē)姆蔷籍a(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附作用,使復(fù)合材料石墨化度和界面磁化強(qiáng)度逐漸增加,為鈉離子的存儲(chǔ)提供了更多的額外活性中心,進(jìn)而提高了循環(huán)容量。這種容量提升機(jī)制也可以擴(kuò)展到鋰離子電池。研究發(fā)現(xiàn),在10安培/克下,經(jīng)5000次循環(huán)后,基于FeP@NC復(fù)合材料的鋰離子電池的容量保持率為90.3%,超過(guò)了已報(bào)道的FeP基復(fù)合材料的容量保持率。
該研究提出了一種在循環(huán)過(guò)程中經(jīng)顆粒細(xì)化誘導(dǎo)提高電池容量的新策略,為設(shè)計(jì)高性能的鈉/鋰離子電池負(fù)極材料提供了新思路。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1002/anie.202110177
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