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近日，合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院吳玉程教授課題組在金屬硫族化合物應(yīng)用于堿金屬離子電池領(lǐng)域取得最新進(jìn)展，相關(guān)成果“Synergistic Engineering of Architecture and Composition in Bimetallic Selenide@Carbon Hybrid Nanotubes for Enhanced Lithium- and Sodium-Ion Batteries”發(fā)表于國際著名期刊《Advanced Functional Materials》。
在“碳中和與碳達(dá)峰”的國家戰(zhàn)略下，環(huán)境問題和傳統(tǒng)能源短缺大大加快了對可持續(xù)能源材料與技術(shù)的探索進(jìn)程。鋰離子電池在商用中較為成熟，然而進(jìn)一步提高其比容量、循環(huán)壽命仍是鋰離子電池研究的重要內(nèi)容；同時為了彌補(bǔ)鋰離子電池資源受限的不足，開發(fā)高性能鈉離子電池成為我國新能源戰(zhàn)略布局的重要方向之一。
圖1 不同硒化策略的雙金屬硒化物@碳雜化納米管的物性表征
圖2 基于兩步硒化策略的雙金屬硒化物@碳雜化納米管電化學(xué)儲鈉性能
為此合肥工業(yè)大學(xué)吳玉程教授課題組崔接武副教授，余東波副研究員與加拿大國立科學(xué)研究院孫書會院士開展合作，在前期成熟的MOF調(diào)控策略的基礎(chǔ)上 (Nature Communications, 2020, 11, 927) ，利用優(yōu)化的硒化策略調(diào)控成分與結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，以此設(shè)計了一系列雙金屬硒化物@碳雜化納米管電極材料并應(yīng)用于鋰離子電池和鈉離子電池。研究發(fā)現(xiàn)，硒化策略對于電極材料的層級多孔結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸具有重要影響，Zn的高溫易揮發(fā)性對于調(diào)控電極材料微納結(jié)構(gòu)和成分起到了關(guān)鍵作用。
圖3 原位XRD技術(shù)助力電化學(xué)儲鋰/鈉機(jī)理分析
從而使不同硒化策略獲得的電極材料在鋰離子和鈉離子存儲中展現(xiàn)出截然不同的性能。一步硒化策略優(yōu)化的電極材料在存儲鋰離子時表現(xiàn)出較高的比容量(1328.3 mAh g-1@0.1 A g-1)和良好的倍率性能(269.1 mAh g-1 @10 A g-1)，兩步硒化策略優(yōu)化的電極材料應(yīng)用于鈉離子存儲時呈現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(10 A g-1電流密度下循環(huán)40000周次容量保持率為97.6%)。同時作者利用原位表征技術(shù)從機(jī)理上分析了電極材料在儲鋰/鈉過程中內(nèi)在區(qū)別與聯(lián)系，該研究成果有望為不同電池體系的電極材料設(shè)計提供新的思路。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金，安徽省重點研發(fā)項目以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金等支持。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2021級博士研究生曹中南為論文第一作者。
論文連接：https://doi.org/10.1002/adfm.202306862
（崔接武/文 曹中南/圖 羅來馬/審核）
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