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科研动态

我院吴兴隆教授小组在柔性钠/钾离子电池领域取得系列研究进展

发布时间:2019-11-03   访问人数:

随着轻质、便携、柔性和可穿戴电子产品的发展,柔性二次电池引起了研究者的广泛关注。在保持高性能的前提下实现结构的柔韧性,将是一个富有挑战性的瓶颈难题。其中,新型柔性高性能电极的设计与制备是最关键的核心问题之一。针对该问题,近日,我院吴兴隆教授小组连续在《Advanced Materials》和《Advanced Energy Materials》等顶级学术期刊发表了封面文章,报道了研究小组在柔性钠/钾离子电池及其柔性电极方面取得的重要研究成果。

以常见的柔性纸巾为生物质类前驱体,通过控制碳化条件,设计制备了自支撑柔性硬碳电极,将其用作钠离子电池负极时,表现出高的初始库伦效率和优异低温性能,相关成果以以“Self-Supporting, Flexible, Additive-Free, and Scalable Hard Carbon Paper Self-Interwoven by 1D Microbelts: Superb Room/Low-Temperature Sodium Storage and Working Mechanism”为题发表于Advanced Materials2019, 31 (40), 1903125,全文链接为:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903125)上,并被遴选为杂志当期内封面进行了重点介绍。如图1所示,在醚类电解液中,这种柔性自支撑硬碳电极负极实现了高达91.2 %的初始库伦效率,表现出了高倍率性能、长循环寿命和非常优异的低温性能(-25℃下的储钠容量保持率达室温时的89.0%)。此外,还揭示了该柔性电极在“吸附-插层”储钠过程中的动力学决速过程。

1 自支撑柔性硬碳电极储钠性能的相关研究成果

进一步地,以商品化棉布为原料,通过控制碳化条件和P掺杂技术,提升了棉布衍生柔性碳布电极储能性能(ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (14), 12518ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10 (21), 17903)的基础上,进一步以该类碳布为正极集流体和支撑电极,开发了高性能柔性钠/钾离子全电池,相关成果以“Flexible Na/K-Ion Full Batteries from the Renewable Cotton Cloth-Derived Stable, Low-Cost, and Binder-Free Anode and Cathode”为题发表于Advanced Energy Materials2019, 9 (38), 1902056,全文链接为:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201902056)上,并被遴选为杂志当期背封面进行了重点介绍。如图2所示,以棉布衍生所得碳布为钠/钾离子电池负极和正极的柔性基底,活性普鲁士蓝立方体原位生长于碳布上后为柔性正极,组装的钠/钾离子全电池表现出优异的电化学性能、柔韧性以及实用性。该研究为柔性电极的设计提供了新的研究思路,有望进一步开发出更高性能的柔性锂//钾等二次电池并促进其实用化。

2 棉布衍生碳布基柔性钠/钾离子电池的相关研究成果