鉅大LARGE | 點擊量:664次 | 2021年08月12日
寧波材料所在高性能可充電電池電極材料范疇取得系列進展
隨著可充電(二次)電池在能源范疇的廣泛使用,具有更高能量密度、更大功率密度的可充電電池體系成為研究人員追逐的研究熱點。近年來,隨著二次電池鋰離子電池、鉀離子電池、鎂離子電池以及鋁離子電池等的發(fā)展,開發(fā)匹配以上二次電池高性能的電極材料成為能否實現(xiàn)新型高性能儲能與能量轉換等目標的關鍵。
近年來,我國科學院寧波材料技術與工程研究所所屬新能源技術所韓偉強、田華軍領導的先進鋰離子電池團隊,在包括高能量密度鋰離子電池和鎂離子電池等方面取得系列進展。在高性能鋰離子電池硅基負極材料方面,開發(fā)了系列微米級多孔硅及硅碳復合負極材料。研究團隊開發(fā)的多孔硅負極材料首次庫倫效率達到88.1%,循環(huán)100次容量保持率超過99.0%。相關研究已申請我國發(fā)明專利(201510468107.3,201610016711.7)。系列硅基負極材料的研究結果相繼發(fā)表在《材料化學雜志A》(JournalofMaterialsChemistryA,2015,3,17956-17962)和《納米能源》(NanoEnergy,2015,11,490499)上。
與硅同主族的元素鍺,在室溫下導電率更高(是硅的104倍),同時鍺的理論比容量高達1600mAh/g。研究團隊利用工業(yè)化噴霧干燥的辦法成功制備了高倍率性能的鍺基負極材料。該鍺基負極材料即使在5A/g的電流密度下,放電比容量還能保持在550mAh/g。該辦法中,利用噴霧造球形成穩(wěn)固的GeOx/CNTs三維網(wǎng)絡結構,起到了很好的電子傳輸用途,大大降低了電池電極的接觸電阻,減小了電池的極化,實現(xiàn)了電池的高倍率充放電特性。相關工作發(fā)表在JournalofMaterialsChemistryA(2015,3,19393-19401)上?;趫F隊在鋰離子電池高容量負極方面的系列進展,團隊研究工作已被邀請寫成綜述,發(fā)表在JournalofMateriomics(2015,1(3),153169)雜志。
鎂離子電池由于其較高的安全性、環(huán)境友好以及鎂自身較高的體積比容量(3833mAh/cm-3)等特點,越來越受到研究人員的關注。但是,鎂離子電池面對著諸多問題,包括:(1)要怎么樣開發(fā)能夠實現(xiàn)可逆鎂離子沉積與溶解的電解質體系,克服大多數(shù)溶液中鎂表面容易形成鈍化膜妨礙鎂離子傳輸?shù)膯栴}。(2)鎂離子電荷密度大,極化用途強,要怎么樣找到能夠有效嵌入鎂離子的具有優(yōu)異性能的正極材料等?;谝陨系南盗袉栴},近期,研究團隊中的田華軍與浙江大學、美國馬里蘭大學合作,在高能量密度鎂離子電池方面取得原創(chuàng)性研究成果。相關工作被《自然-通訊》(NatureCommunications)雜志接收(2016,DOI:10.1038/ncomms14083)。該研究工作開發(fā)了一種碘基正極材料,其具有較高的工作電壓(2.0V)、較高的比容量(~200mAh/g)以及較好的循環(huán)性能(gt120次循環(huán)充放電)。同時,該工作優(yōu)化了鎂基電解質體系,實現(xiàn)了可逆的鎂離子沉積和溶解,其庫倫效率接近100%。該工作深入地研究了該鎂離子電池體系的反應機理,并利用其特有的儲鎂機理,克服了由于鎂離子電荷密度大、嵌入正極材料困難的缺點,為開發(fā)新型鎂離子電池供應了新的辦法和思路。
上述研究工作得到了浙江省重點科技創(chuàng)新團隊、寧波市3315國際創(chuàng)新團隊、國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金青年項目、浙江省自然科學基金一般項目及寧波市自然科學基金等項目的支持。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%