大连理工黄昊研发出SnS2半填充碳纳米管新型锂电池负极材料 “点亮”校徽

2019-10-02      464 次浏览

近日,大连理工大学材料科学与工程学院能源材料及器件(EnergyMaterials&Devices,EMD)实验室黄昊教授及其团队科研成果,以“InverseCapacityGrowthandPocketEffectinSnS2SemifilledCarbonNanotubeAnode”(SnS2半填充碳纳米管阳极的容量逆增长和口袋效应)为题目发表在美国化学学会旗舰期刊ACSNano2018,12,8037-8047(影响因子:13.709)。文中刊发图片,使用SnS2半填充碳纳米管新负极材料制作的锂离子电池驱动了LED矩阵,“点亮”了大连理工大学校徽。


锂离子电池电极材料在充放电过程中存在严重的体积膨胀,导致容量衰减和低导电率。研究团队在这一瓶颈问题上取得突破性进展,实现了碳约束核壳结构负极材料的制备,解决了锂离子电池容量衰减的关键难题。


在此基础上,他们开发了一种SnS2半填充碳纳米管新型锂离子电池负极材料。该负极材料在充放电循环过程中体现了“非常规”的容量逆增长特性。这意味着该电池使用时间越用越长。


研究人员通过一系列微观结构表征揭示,增长的容量来源于碎化的SnS2晶粒界面,而碎化的晶粒被碳纳米管包覆约束,保持了良好的导电网络,这在该项研究中被实验室称之为“口袋效应”。


以此新型负极材料组装的锂离子电池具有优异的储锂性能和安全系数,是目前商业化锂离子电池(碳基负极材料)容量的3至7倍,并且在0~60oC下稳定运行。


能源材料及器件实验室经过多年科研攻关,在基于锂离子电池电极材料在充放电过程中严重的体积膨胀导致容量衰减和低导电率的瓶颈问题上,取得突破性进展,实现了碳约束核壳结构负极材料的制备,解决了锂离子电池容量衰减的关键难题。在此基础上,实验室开发了一种SnS2半填充碳纳米管新型锂离子电池负极材料。该负极材料在充放电循环过程中体现了“非常规”的容量逆增长特性。在0.3Ag-1电流密度下,首次放电容量为1258mAhg-1,经过470次循环容量逐渐增长至2733mAhg-1,超过初始容量的2倍,这意味着该电池使用时间越用越长。


实验室通过一系列的微观结构表征揭示了所增长的容量来源于碎化的SnS2晶粒界面,而碎化的晶粒被碳纳米管包覆约束,保持良好的导电网络,这在该项研究中被实验室称之为“口袋效应”。以此新型负极材料组装的锂离子电池具有优异的储锂性能和安全系数,是目前商业化锂离子电池(碳基负极材料)容量的3-7倍,并且在0-60ºC下稳定运行。


该项研究成果是在黄昊教授指导下,由博士生靳晓哲(第一作者)等完成。研究工作得到国家自然科学基金及中央高校基本科研业务费项目的联合资助,并受到物理学院赵纪军教授、(美国华盛顿大学)曹国忠教授等相关研究人员的大力支持。


近年来,材料科学与工程学院能源材料及器件实验室面向能源领域国家重大需求,探索纳米材料宏量制备、纳米结构控制、电极高密度储能等关键技术,为提升纳米能源材料及器件工程化应用提供理论基础和技术支撑。相关成果发表在NanoEnergy,AdvancedMaterialsInterfaces,JournalofPhysicalChemistryC,ElectrochimicaActa等期刊,其中一篇成为2017年ESI高被引论文。


本文摘自:有色金属结构材料


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