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山大在非晶材料纳米尺度调控方面取得突破性进展

发布日期:2017年04月01日 18:46 点击次数:

  [本站讯]近日,材料学院2013级硕博连读研究生刘帅以第一作者身份在著名期刊《Energy & Environmental Science》(影响因子IF=25.4,2017,DOI:10.1039/C7EE00102A)上发表了题为“Controlled Red Phosphorus@Ni-PCore@Shell Nanostructure as an Ultralong Cycle-Life and Superior High-Rate Anode for Sodium-Ion Batteries”的研究成果。
  目前普遍使用的是锂离子电池,但存在安全及高成本问题。随着电动汽车、智能电网时代的到来,锂资源短缺将成为制约其发展的重要因素。钠和锂具有相似的物化性质,且钠资源丰富,提取相对比较容易,成本更低,钠离子电池是非常有发展潜力的电池体系。然而由于钠离子比锂离子的半径大,导致钠离子电池电极在冲放电过程中产生大的体积变化,从而破坏电极结构,降低钠离子扩散动力。只有研制出具有稳定脱/嵌能力的电极材料,才能实现钠离子电池的实用性突破。
  材料液固结构演变与加工教育部重点实验室边秀房教授与冯金奎副教授课题组在国际上首次利用去合金化技术制备出可调控的非晶红磷-镍磷纳米核壳结构,作为钠离子负极材料,具有超高容量、倍率和循环性能,同时对其离子、电子传输机制以及非晶镍磷合金的去合金化机理进行了深入研究。在边秀房教授和冯金奎副教授的指导下,刘帅及其合作者利用化学镀与去合金化技术制备出了可调控的非晶红磷-镍磷纳米核壳结构,在红磷表面原位生成的Ni2P可以增强红磷与非晶NiP壳的结合强度,保证了高的电极结构完整性,有效阻止了充放电过程中红磷的破碎,利用去合金化技术调控红磷外部的非晶Ni-P壳的结构来平衡电极整体的电子和离子传输性能,进而调控电极材料的电化学性能,并且首次提出了非晶镍磷合金的去合金化机理,其中8hRP@Ni-P电极材料在充放电电流为260 mA/g循环200周后容量可以保持1256.2 mAh/g,具有优异的倍率性能和循环性能,在充放电电流为5 A/g时的循环性能在目前报道的红磷基钠电池负极材料中是最高的(循环2000周容量依然可以保持409.1 mAh/g)。RP@Ni-P核壳结构制备方法简单,可以大规模生产,作为钠离子电池负极材料具有良好的应用前景,同时该研究成果为核壳纳米结构的优化合成作出了重要贡献。
  近年来,边秀房教授课题组主要从金属的熔体结构基础性研究出发,根据熔体团簇结构设计新型纳米材料,在高性能电池电极材料、磁性液体等新材料开发与研制方面走出了新路;冯金奎副教授课题组主要从事先进能源材料的制备与性能研究工作,在电池性能提高方面具有雄厚的基础。这两个课题组的密切合作,充分发挥了材料制备和能源学科相互交叉的优点,这种探索有利于研究生知识结构的优化和创造性发挥,博士生刘帅以第一作者发表的六篇SCI论文影响因子总和达到75。边秀房教授与冯金奎副教授课题组在熔体结构以及高性能电池电极材料等方面已取得系列成果,并发表在《Energy Environ. Sci.(2017,10.1039/C7EE00102A)》《Energy Environ. Sci.(2016,9, 1229-1236)》《 Nano Energy(2015,13,651-657)》《J. Mater. Chem. A (2016,4,10098-10104)》《EPL(2014,107,36004)》《J. PHYS-CONDENS MAT.(2015,27,235104)》等学术期刊上,引起了国际同行的广泛关注,提升了山东大学在非晶材料与去合金化领域的国际学术影响。上述研究得到国家自然科学基金以及材料液固结构演变与加工教育部重点实验室的大力支持。
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【供稿单位:材料学院    作者:钱钊             编辑:新闻中心总编室    责任编辑:思萱  】

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