四川大学新闻中心主办
设为首页  |  加入收藏 
新闻网
 川大在线 | 专题新闻 | 热点专栏 | 箐箐校园 | 川大人物 | 长镜聚焦 | 锦水抒怀 | 百年史苑 | 百川讲坛 
 光影川大 | 文化展馆 | 媒体川大 | 高教视点 | 公告发布 | 学术看板 | 川大视频 | 川大校报 | 追求网 
#
川大在线 更多>>
· “同心同行 共筑梦想”——四川大学召开...
· 四川大学12个专业进入全球工程教育“第...
· 华西医院血管外科赵纪春教授团队在Annal...
· 法学院学生团队蝉联“瀛和杯”全国大学...
· 四川大学再次获批全国高校思想政治理论...
· 中国当代美术建设专题研讨会系列——“...
· 四川大学举行纪念新四军抗战第一枪80周...
· 诺贝尔物理学奖得主安东尼•莱格特受聘...
· 残健融合筑翼天使 齐心同力载梦前行—...
· 化工学院郭孝东副教授课题组在Advanced ...
· 不忘初心,牢记使命,向英雄致敬——“...
热点专题 更多>>
· 学习贯彻党的十九大精神专题
· 四川大学第八次党代会
· 核心价值观在川大
· 马克思主义理论专题
​  座无虚席的教室里,学生们一个个埋着头,紧盯着手机屏幕[详细]
​  4月4日,由中央电视台举办的《中国诗词大会》第三季总决[详细]
科学研究
当前位置: 网站首页>>专题新闻>>科学研究>>正文

化工学院郭孝东副教授课题组在Advanced Energy Materials上发表论文——在钠离子电池研究方面取得重大进展

时间:2018-06-10  来源:化工学院   作者: 

近日,四川大学化学工程学院新能源材料与器件课题组郭孝东副教授与中科院学者合作,在钠离子电池研究方面取得重大进展,相关研究成果“A Layered–Tunnel Intergrowth Structure for High-Performance Sodium-Ion Oxide Cathode”发表于国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》 (影响因子16.721)上。四川大学化工学院2016级博士研究生肖遥为该论文第一作者,化工学院为第一单位。

 

由于全球分布广泛的钠资源以及价格低廉的钠盐成本,钠离子电池有望应用于未来大规模储能领域。层状过渡金属氧化物NaTMO2正极材料是目前最有希望实现商业化的正极材料之一。NaxMnO2正极材料因其只含有地球丰度高的元素并拥有高理论容量成为研究热点,当0.22 < x < 0.44为隧道结构; 0.44 < x < 0.66为层状−隧道复合结构; 0.66 < x < 1为层状结构。 P2型Na0.7MnO2正极材料理论容量可高达182.0mAhg−1,但是由于材料中Mn3+含有高自旋的t2g3eg1电子态结构会发生姜泰勒晶格畸变效应使材料循环稳定性大幅度降低;而且因其狭窄的二维钠离子扩散通道的限制作用,其倍率性能也会受到严重的影响。与此相比,隧道结构Na0.44MnO2正极材料具有较好的结构稳定性以及可供钠离子快速扩散的较大S型通道,所以具有优异的循环稳定性和倍率性能。但是其较低的理论比容量 (121.4mAhg−1) 严重影响了实际应用。如何将上述两类材料有机的结合起来,同时发挥两者的优势以及深入分析其协同作用机理就显得尤为重要。

因此,课题组研究人员通过合理的结构调制策略设计出了一种层状隧道共生结构的高性能钠离子电池正极材料。此类材料不仅继承了Na0.7MnO2正极材料高容量的优势,其相应的电极在0.2C下能够发挥198.2mAhg−1的比容量而且相应的能量密度能达到520.4Whkg−1,并保留了隧道结构Na0.44MnO2正极材料的优异的循环稳定性和倍率性能。同时,共生材料所具有的独特结构结合各种先进表征手段得到验证,两种结构协同作用的深层次机理也通过电化学方法结合原位XRD等手段进行了详细并深入的分析。本工作提出的结构设计策略和二元协同效应可以进一步推广到其他正极材料体系研究中,这为未来开发高性能钠离子电池正极材料和推进钠离子电池实用化奠定了基础。

 

图1. a) 层状-隧道共生结构的XRD精修谱图。b, c) 层状和隧道结构的晶体结构示意图。d) 层状-隧道共生结构的SEM图。e-i) 层状-隧道共生结构的TEM图以及相应的Na,Mn和O的TEM-EDS图。

 

图2. a-b) 层状-隧道共生结构的TEM图(不同放大倍数)。c-d) 层状-隧道共生结构的HR-TEM图(不同位置)。e-f) 隧道结构在[010]带轴的ABF-STEM和HAADF-STEM图。g-h) 层状结构在[001]带轴的ABF-STEM和HAADF-STEM图。

 

图3. a-b) 层状, 隧道, 与层状隧道共生电极的比容量以及比能量曲线对比。c) 层状隧道共生电极的不同循环次数的恒流充放电曲线。d) 层状, 隧道, 与层状隧道共生电极的倍率性能对比。e) 层状隧道共生电极的不同倍率的恒流充放电曲线。f) 从性能的各个方面与已报道的正极进行对比。g) 层状隧道共生电极在1C下的循环性能。

 

图4. a, b) 层状-隧道共生结构电极在C/10电流密度下进行充放电的原位XRD图以及相应的二维等高线图。


原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201800492


关闭

网站首页 | 川大在线 | 专题新闻 | 热点专栏 | 箐箐校园 | 川大人物 | 长镜聚焦 | 锦水抒怀 | 在线投稿

CopyRight © 2008-2012 四川大学新闻网
地址:四川大学行政楼405 新闻热线:028-85407983;028-85405120 投稿信箱 news@scu.edu.cn;scunews@163.com 传真:028-85407983