朱俊武教授课题组在锂/钠离子电池研究上取得进展

2017-10-09 11:40:42来源:化工学院作者:王艺凝 编辑:代成阅读:188设置

 

锂离子、钠离子电池等可充电电池,具有能量密度高,耐久性强,安全性能好,无污染且无记忆效应等优点,是极具前景的便携储能材料,广泛应用于电子设备、电动交通工具、航天、军事等领域。然而,能量密度、倍率特性、耐久性等性能的进一步改善,在后续的实际应用过程中十分重要。因此,探索高容量、快速充电、循环稳定性高的新型电极材料越来越受到关注。

朱俊武教授与新加坡南洋理工大学颜清宇教授课题组合作,在锂/钠离子电池电极材料的研究上取得研究进展,相关研究成果10月初发表在纳米材料学国际知名期刊ACS Nano2017, 10.1021/acsnano.7b0613,影响因子13.94)上,我校作为该项工作第一单位,第一作者为我校博士生张健力,通讯作者为我校朱俊武老师和南洋理工大学颜清宇教授。

五氧化二铌(Nb2O5)由于其安全环保、倍率特性高、循环稳定性高等特性,被广泛应用于电池电极材料。然而其较差的导电性,以及较低的理论容量极大限制了其应用。不同于Nb2O5,二硫化铌(NbS2)由于能带间隙小,导电性好,作为锂离子、钠离子电池的电极材料,极具应用前景。但就目前的报道而言,NbS2的电容量无法满足作为锂/钠电池储能材料的要求,且常规制备方法均使用高温固态反应(约700~1050 °C),再通过液相剥离技术制备生成,产率很低。

该工作利用一种简单的油相合成方法,在400°C以下制备出一系列过渡金属(M=Fe, Co, Ni)和硒(Se)掺杂的二维规整NbS2纳米片,并发现可通过调控过渡金属MSe的掺杂量来调节MxNb1-xS2-ySey的形貌。其中,Fe0.3Nb0.7S1.6Se0.4纳米片应用于锂离子电池具有高的倍率性能,比容量可达461.3 mAh g-1(电流密度为10 A g-1),循环3000次后,比容量仍达444 mAh g-1(电流密度为5 A g-1)。应用于钠离子电池,其依旧表现出良好的倍率性能,在1 A g-1的电流密度下循环750次后,比电容仍高达260 mAh g-1。不同于以前报道的插层嵌锂反应,该工作运用高分辨透射电镜,探究了NbS2在锂离子储能过程中的可逆转化反应机理。

该工作成功采用油相合成工艺制备出性能优异的过渡金属和硒共掺杂的NbS2二维纳米片,并应用与锂/钠电池存储中,为新型高性能电池的开发奠定了技术基础。

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