课题组在高效储钠材料结构设计合成方面取得进展(Chemical Engineering Journal, IF10.652)！
发布时间：2020-05-08
点击次数：
- 发布时间：
- 2020-05-08
- 文章标题：
- 课题组在高效储钠材料结构设计合成方面取得进展(Chemical Engineering Journal, IF10.652)！
- 内容：
- 新能源发电、智能电网、电动汽车等领域的发展，需要先进的大规模储能技术支撑。目前，最常见的电化学储能装置——锂离子电池，面临着锂资源有限、价格昂贵等问题，难以满足其可持续发展，亟需探索低成本、高效规模储能技术。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理，然钠资源丰富、价格低廉。因此，钠基电池在规模储能领域具有显著的优势和巨大的应用潜力。然而，钠离子具有较大的离子半径，商用锂离子电池的负极材料石墨无法适用于钠离子电池，因此，开发新型高性能钠离子电池负极材料至关重要。层状二硫化钼（MoS2）是具有类石墨烯结构的金属硫化物，S-Mo-S层间通过弱范德华力结合，具有较大的层间距，有利于钠离子的嵌入/脱出，是一种极具潜力的储钠材料。然而，MoS2在嵌钠/脱钠过程中伴随着体积膨胀/收缩，容易导致电极破碎失效和容量的快速衰减。此外，MoS2自身较差的导电性也限制了其电化学性能的发挥。针对这一问题，课题组采用模板结合纳米铸造(Nanocasting) 的方法，成功设计并构筑了由超薄MoS2/C中空/多孔球相互交联形成的三维等级结构。借助模板剂（均一氧化硅球）的引入并去除，实现了电极材料的三维多孔等级构筑，避免了材料堆叠团聚，提高了电解液-电极界面接触性能。碳源的引入，使得MoS2（002）晶面层间距显著增加，同时提高了材料的结构稳定性和导电性。作为钠离子电池材料，该电极实现了结构稳定性、导电性和界面接触性能的有机结合，表现出了优异的储钠容量、循环稳定性和高倍率性能，在2A/g大电流密度下循环500圈容量仍能保持412mAh/g（高于锂电池石墨负极的理论比容量372mAh/g），甚至在10、20和50A/g大电流密度下循环5000圈，容量仍能分别保持在156、128和76mAh/g（目前常用钠电正极Na3V2(PO4)3和NaFePO4的理论分别为~118和154mAh/g）。该材料表现出了优异的赝电容储钠性能，对于开发兼具高能量密度和高功率密度的赝电容储能设备（如钠离子电容器）具有重要的指导意义。该研究工作以“Constructing Three-Dimensional Ordered Porous MoS2/C Hierarchies for Excellent High-Rate Long-Life Pseudocapacitive Sodium Storage”为题，发表在国际化学工程领域期刊Chemical Engineering Journal。该研究的得到了西安交通大学青年拔尖人才支持计划、基本科研业务费（青年跟踪项目）、电力设备电气绝缘国家重点实验室自主研究项目、陕西省自然科学基础研究计划的共同资助，西安交通大学分析测试共享中心提供了TEM等技术支持。