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李美成教授课题组在钠离子电池负极材料研究领域取得重要进展

信息发布于:2022-04-29

钠离子电池因钠资源丰富、价格低廉且与锂离子电池具有相似的电化学原理而受到越来越多的关注。二氧化钛(TiO2)作为一种典型的负极材料,被认为是钠离子电池最有希望的候选材料之一。在二氧化钛多晶型物中,青铜相二氧化钛(TiO2(B))可提供更多插入位点和扩散路径的开放通道骨架,并具有良好的赝电容行为,因此最大理论容量提高到335 mAh g-1。但是,TiO2(B)是TiO2的亚稳相,易于发生不可逆的相转变,导致循环稳定性较差。同时,TiO2材料的较低电子导电性也阻碍了TiO2(B)在大功率钠离子电池中的实际应用。因此,开发多孔TiO2(B)纳米片来提升其长期循环性对其在钠离子电池中的应用至关重要。

针对这一问题,李美成教授课题组采用溶热法,将TiO2(B)纳米片串联在一维TiO2纳米线基体上,构建了一种串状多层次结构(TiO2(B)-BH)。这种材料具有较好的赝电容行为和结构稳定性,以及较高的离子/电子传输速率。与商用TiO2和TiO2纳米线相比,TiO2(B)-BH具有更高的容量。值得一提的是,在10 C的高倍率下,高达500次循环的可逆容量仍然可以保持在85 mAh g-1。通过非原位X射线粉末衍射测试进一步揭示了钠的储存机制,并证明了TiO2(B)-BH在嵌钠/脱钠过程中的高结构稳定性。这种将纳米片均匀集成到纳米线基体中的策略也可以应用于制备其他电极材料。

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图1.TiO2(B)-BH在循环过程中的离子路径示意图

2月27日,该研究成果以“TiO2串状多层次结构有效提高钠的储存行为(TiO2 bunchy hierarchical structure with effectiveenhancement in sodium storage behaviors)”为题发表在中国科技期刊卓越行动计划-“高起点新刊”《碳能源》(Carbon Energy)上。该论文第一作者为华北电力大学新能源学院硕士生刘燊,通讯作者是新能源电力系统国家重点实验室李美成教授,新能源电力系统国家重点实验室是论文唯一通讯单位。

该研究工作得到了北京市自然科学基金、教育部装备预研联合基金、**项目、北京市科技百人计划领军人才培养项目、中央高校基本科研业务费以及NCEPU "双一流 "等项目的资助。

初审:刘   燊

审核:李美成

编辑:孙明雨



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