锂离子电池负极材料混合储能研究新进展

发布者:宋珊珊发布时间:2021-09-23浏览次数:137

二维过渡金属碳化物和氮化物(MXene)因其出色的电子电导率和独特的物理和化学特性,已成为极具发展前景的离子电池负极材料之一。将高容量的电化学活性材料锚定在MXene上形成混合储能复合电极可显著地提高能量密度,并有望实现大规模储能应用。然而,目前仍然缺乏在纳米尺度上调整其界面与电子结构的简便但有效的策略,且鲜有报道分析结构调制与混合储锂性能之间的构效关系。

王殿龙教授和王博副教授课题组在锂离子电池负极材料混合储能的研究中取得重要进展,相关研究成果以“Interfacial and ElectronicModulation via Localized Sulfurization for Boosting Lithium Storage Kinetics”为题发表在Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.202000151)。


在该工作中,通过简易的共沉淀和控制硫化工艺,成功地将具有三维褶皱结构的STi3C2Tx基底与Fe3O4/FeS异质结构复合在一起,构筑一类新型的混合储能负极材料。电化学性能测试与理论研究表明,其独特的异质结构表现出可调谐的电子结构特性,改善了反应动力学和结构稳定性,同时S官能化的MXene提供了额外的锂存储赝电容。优化后的电极具有出色的长期循环稳定性(在1 A g-11000次循环后的容量达913.9 mAh g-1)和优异的倍率能力(在10 A g-1下的容量达490.4 mAh g-1)。原位X射线衍射和电化学阻抗谱表明,复合电极在放电过程中会经历逐步的转换反应,但在充电过程中会发生相对均匀的相转变过程,这表明存在不对称的转换机制。这项工作为设计高性能锂离子电池负极材料提供了新颖的策略,并为深入理解复杂的锂嵌入和转化反应提供了理论依据。


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