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中南大學(xué)納米能源團(tuán)隊(duì)在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Advanced Energy Materials》上發(fā)表最新研究成果

2017-07-17 15:50:21 作者：本網(wǎng)整理來源：中南大學(xué) 分享至：

近日，我院梁叔全教授研究團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials, IF=16.721)上在線發(fā)表研究論文“Chemical Synthesis of 3D Graphene-Like Cages for Sodium-Ion Batteries Applications”(DOI: 10.1002/aenm.201700797)，該刊物是材料、能源、環(huán)境領(lǐng)域的國際頂級期刊，在Google能源學(xué)科領(lǐng)域所有雜志中排名第三，在化學(xué)與物理領(lǐng)域排名第三。這是學(xué)院為第一完成單位、第一作者、第一通訊作者首次在此刊物上發(fā)表的第一篇研究性論文，該論文是學(xué)校拔尖博士校長獎學(xué)金獲得者曹鑫鑫，在梁叔全教授、潘安強(qiáng)教授及美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室劉俊教授共同指導(dǎo)下完成的。這是該研究團(tuán)隊(duì)近幾年繼在《Ener.& Envir.Sci.》（2013，IF=25.4）、《Nano Energy》（2015，2016，IF=12.3）國際頂級期刊發(fā)表的第6篇IF≥10的高影響因子研究論文。

鋰離子電池已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用在便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車及大型儲能設(shè)備中，然而，鋰的儲量是有限的，且分布不均。一直以來科研人員都在努力尋找新電池，鈉在地殼中儲量非常豐富，具有和鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)儲存機(jī)制，因此在大規(guī)模儲能應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展室溫鈉離子電池技術(shù)具有十分重要的戰(zhàn)略意義。然而，受Na離子半徑較大制約，反復(fù)嵌入/脫出極易導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)塌陷，引起容量的衰減，開發(fā)難度很大。在眾多的鈉離子正極材料中，具有NASICON結(jié)構(gòu)的磷酸釩鈉(Na3V2(PO4)3)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、電壓平臺高、熱穩(wěn)定性佳等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。然而，其低的電子電導(dǎo)率嚴(yán)重制約其長循環(huán)壽命和快速充放性能。

為了解決上述重要技術(shù)難題，學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)通過熔融烴輔助固相反應(yīng)法成功構(gòu)筑了一種三維石墨烯籠子，將Na3V2(PO4)3納米片裹覆其中，構(gòu)筑出一種特殊納米陣列材料，設(shè)計(jì)方案具有簡單、環(huán)保、有效等特點(diǎn)，而且可以作為一種的普適方法，拓展至其他電極材料的電化學(xué)性能改善，有望發(fā)展成具有快速充放和長循環(huán)壽命儲能電池新技術(shù)。

三維石墨烯籠子有效抑制了高溫?zé)崽幚磉^程N(yùn)a3V2(PO4)3納米片生長，始終保持納米尺度，從而有效抑制材料充放電過程中的體積變化、防止其團(tuán)聚，同時還可以高速輸送鈉離子和電子到每個活性納米顆粒表面，縮短了充放電過程中Na離子的擴(kuò)散距離。從而真正發(fā)揮納米結(jié)構(gòu)電極材料的動力學(xué)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)兼具高容量和高倍率性能的鈉離子電池正極材料。此外，將Na3V2(PO4)3納米片陣列材料刻蝕后可得到富含缺陷的籠子狀三維石墨烯材料，該材料作為鈉離子電池負(fù)極，表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鈉性能。

該研究工作獲國家自然科學(xué)基金、教育部新世紀(jì)人才支持計(jì)劃、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金等項(xiàng)目的資助。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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