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司鵬超副教授課題組在高性能鋰離子電池和鈉離子存儲負極材料研究方面取得重要進展

發布日期:2019年02月22日 08:42 點擊次數:

[本站訊]近日,材料學院司鵬超副教授課題組在高性能鉀離子電池負極材料研究方面取得重要進展,相關研究成果以“Well-Defined Cobalt Sulfide Nanoparticles Locked in 3D Hollow Nitrogen-Doped Carbon Shells for Superior Lithium and Sodium Storage”為題發表在能源材料類頂級刊物Energy Storage Materials(https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.01.012,即時因子=13.31)上。材料學院碩士研究生上官會會和黃衛為本文第一作者(共同第一),山東大學材料學院司鵬超副教授和丹麥技術大學張靜東教授為共同通訊作者,山東大學為第一作者單位。

為了滿足可再生能源經濟對儲能日益增長的需求,鋰離子電池和鈉離子電池(LIBs和SIBs)二次電池技術的發展一直備受關注。二次電池技術主要基于兩種反應模式,即插層模式和轉化模式。相比插層反應,轉化反應可以轉移大量的電子(2-6個電子),因而具有更高的理論容量。但轉化型材料在循環過程中,存在體積變化大、電極材料內部離子擴散緩慢、材料的容量損失大、倍率性能較弱等缺點。為取代傳統的插層材料,人們在發展可靠的轉化型材料中做出了巨大的努力。硫化鈷(CoxSy)是過渡金屬硫化物的一個亞類,具有良好的電化學活性和較高的理論容量(>400 mAh g-1),是一種非常有前途的轉化型電極材料。

在司鵬超副教授和張靜東教授的指導下,上官會會和黃衛探索了一種新型方法:將聚多巴胺中間體包裹住ZIF67,經過后期碳化、硫化等過程,把高單分散性的Co9S8納米顆粒(11±2納米)嵌入三維中空氮摻雜碳殼中,制備得到了Co9S8/HNCS電極復合材料。并作為鋰電池和鈉電池負極材料,對Co9S8/HNCS進行了電池測試。鋰電池在200次循環后500 mA g-1下的可逆容量為755 mAh g-1。鈉電池在200次循環后500 mA g-1下的可逆容量為327 mAh g-1;300次循環后1000 mA g-1下的可逆容量為224 mAh g-1。獨特的多孔中空結構中硫化鈷納米顆粒與氮摻雜碳多面體殼的協同作用,使其具有優良的電化學性能。Co9S8/HNCS復合材料的設計策略也可用于其它中空金屬硫化物的制備,在電化學能量轉換和儲存技術中具有應用潛力。

司鵬超副教授帶領的課題組是慈立杰教授組建的山東大學-萊斯大學碳納米材料研究中心的骨干團隊之一。近年來,該課題組積極與丹麥技術大學、美國萊斯大學等國際知名大學合作,并依托山東大學材料液固結構演變與加工教育部重點實驗室,在過渡金屬硫化物及其在儲能應用、多孔金屬材料及化學傳感器應用、碳納米材料及其儲能應用等領域開展了研究,并取得了一系列研究進展。先后在Advanced Energy Materials、Energy Storage Materials、Journal Materials Chemistry A、Nanoscale、ACS Sustainable Chemistry and Engineering、Journal of Power Sources、Electrochimica Acta、Applied Surface Science等國際知名期刊上發表多篇論文,受到國內外同行的廣泛關注。上述研究得到了山大國際事務部、科學技術研究院和科技創新軍民融合研究院的大力支持,本工作也獲得了山東省重點研發計劃以及山東大學自主創新項目的支持。

文章鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.01.012


【供稿單位:材料學院    作者:張紀芝             編輯:新聞中心總編室    責任編輯:國千卉 張丹丹  】

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