山东大学新闻网
山大邮箱 | 投稿系统 | 高级检索 | 旧版回顾

视点首页 > 学术纵横 > 正文

慈立杰教授课题组在高性能钾离子电池负极材料研究方面取得重要进展

发布日期:2018年10月22日 09:27 点击次数:

[本站讯]近日,材料学院慈立杰教授课题组在高性能钾离子电池负极材料研究方面取得重要进展,相关研究成果以“Facile Fabrication of Nitrogen-Doped Porous Carbon as Superior Anode Material for Potassium-Ion Batteries”为题发表在能源材料类顶级刊物Advanced Energy Materials(2018, DOI: 10.1002/aenm.201802386,I.F.=21.875)上。文章第一作者为2016级博士研究生李德平,材料学院慈立杰教授和司鹏超副教授为共同通讯作者,山东大学为第一作者单位。

近年来,锂离子电池得到了广泛的应用。但是由于锂资源的地壳丰度低、地域分布不均以及价格昂贵,限制了其进一步发展。与锂相比,钠源和钾源丰度更高。并且,K/K+还原对的电势(-2.93 V vs. SHE)比Na/Na+(-2.71 V vs. SHE)低,使得钾离子电池拥有比钠离子电池更高的工作电压和能量密度。此外,石墨类材料是目前锂离子电池最广泛商品化的负极材料,而石墨类材料无法通过电化学反应有效储钠,但是却表现出了较高的储钾活性:当钾离子通过插层反应与石墨形成一阶插层化合物(KC8)时,可具有279mAh/g的理论比容量。然而,传统石墨材料在储钾过程中会发生较大的层间变化(形成KC8时具有高达60%的层间距扩大),进而使得石墨发生结构破坏,进而引起容量的快速衰减。因而,扩大炭基材料的层间距以及构造额外的储钾位点能有效提高其可逆容量和倍率性能。

在慈立杰教授和司鹏超副教授的指导下,李德平等采用柠檬酸钠为碳源,尿素为氮源,通过球磨混合之后,一步煅烧得到蜂巢状的氮掺杂多孔碳。在煅烧过程中,柠檬酸钠分解产生CO2气体和碳酸钠:CO2可刻蚀碳基底(CO2+C2CO)构造大量的微孔和介孔,原位产生的自模板剂(碳酸钠颗粒)在通过简单水洗去除后,可构造出大孔和介孔,进而得到具备多级孔道结构的氮掺杂碳材料。此外,尿素分解产生的CO2和NH3又可进一步刻蚀碳基底,构造微孔并引入氮掺杂位点。该材料在作为钾电池负极材料时,展现出优异的循环稳定性和倍率性能。本文作者通过探究钾离子的储存机制,确定了该电极材料中电容行为和扩散行为的共存,阐明了优异倍率性能和循环性能的来源。此外,为探究氮掺杂对钾离子扩散速率的影响,本文作者通过恒电流间歇滴定法测定了钾离子在氮掺杂与未掺杂材料中的离子扩散系数。为进一步探究不同的氮掺杂位点对钾离子的趋向性,本文作者又通过理论计算,分析了不同的氮掺杂模型下的结合能,确定了吡啶氮和吡咯氮更高的亲钾趋向。

近年来,依托于山东大学以及材料学院良好的研究平台,慈立杰教授所带领的山东大学-莱斯大学碳纳米材料研究中心在新型储能器件方面取得了一系列研究进展,先后在《Adv. Energy Mater.》、《ACS Nano》、《Nano Energy》、《J. Mater. Chem. A》、《ACS Appl. Mater. Interfaces》、《Nano Research》、《Nanoscale》、《CARBON》、《J. Power Sources》等材料类国际知名期刊上发表多篇论文,受到国内外同行的广泛关注。

上述研究得到了山东省自然基金(ZR2017MEM002),山东省泰山学者计划(11370085961006),山东省重点研发计划(2016GGX104001, 2017CXGC1010, 2018JMRH0211)以及山东大学自主创新项目(2016JC005, 2017JC042, 2017JC010)的支持。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201802386


【供稿单位:材料学院    作者:司鹏超 李德平             编辑:新闻中心总编室    责任编辑:吴梦雪 张丹丹  】

 匿名发布 验证码 看不清楚,换张图片
0条评论    共1页   当前第1拖动光标可翻页查看更多评论

最新发布

新闻排行

免责声明

您是本站的第: 位访客

新闻中心电话:0531-88362831 0531-88369009  联系信箱:xwzx@sdu.edu.cn
建议使用IE6.0以上浏览器和1024*768分辨率浏览本站以取得最佳浏览效果

欢迎关注山大视点微信