合工大吴玉程教授课题组在金属硫族化合物应用于碱金属离子电池领域取得最新进展

来源：合肥工业大学 2023-08-30

导读：近日，合肥工业大学材料科学与工程学院吴玉程教授课题组在金属硫族化合物应用于碱金属离子电池领域取得最新进展，相关成果“Synergistic Engineering of Architecture and Composition in Bimetallic Selenide@Carbon Hybrid Nanotubes for Enhanced Lithium- and Sodium-Ion Batteries”发表于国际著名期刊《Advanced Functional Materials》。

在“碳中和与碳达峰”的国家战略下，环境问题和传统能源短缺大大加快了对可持续能源材料与技术的探索进程。锂离子电池在商用中较为成熟，然而进一步提高其比容量、循环寿命仍是锂离子电池研究的重要内容；同时为了弥补锂离子电池资源受限的不足，开发高性能钠离子电池成为我国新能源战略布局的重要方向之一。

图1 不同硒化策略的双金属硒化物@碳杂化纳米管的物性表征

图2 基于两步硒化策略的双金属硒化物@碳杂化纳米管电化学储钠性能

为此合肥工业大学吴玉程教授课题组崔接武副教授，余东波副研究员与加拿大国立科学研究院孙书会院士开展合作，在前期成熟的MOF调控策略的基础上 (Nature Communications, 2020, 11, 927) ，利用优化的硒化策略调控成分与结构的协同作用，以此设计了一系列双金属硒化物@碳杂化纳米管电极材料并应用于锂离子电池和钠离子电池。研究发现，硒化策略对于电极材料的层级多孔结构，晶粒尺寸具有重要影响，Zn的高温易挥发性对于调控电极材料微纳结构和成分起到了关键作用。

图3 原位XRD技术助力电化学储锂/钠机理分析

从而使不同硒化策略获得的电极材料在锂离子和钠离子存储中展现出截然不同的性能。一步硒化策略优化的电极材料在存储锂离子时表现出较高的比容量(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)，两步硒化策略优化的电极材料应用于钠离子存储时呈现出优异的循环稳定性(10 A g^-1电流密度下循环40000周次容量保持率为97.6%)。同时作者利用原位表征技术从机理上分析了电极材料在储锂/钠过程中内在区别与联系，该研究成果有望为不同电池体系的电极材料设计提供新的思路。

该研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金，安徽省重点研发项目以及中央高校基本科研业务费专项基金等支持。合肥工业大学材料科学与工程学院2021级博士研究生曹中南为论文第一作者。

论文连接：https://doi.org/10.1002/adfm.202306862

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来源：合肥工业大学 2023-08-30