近日,材料学院液固结构演变与加工教育部重点实验室边秀房教授课题组在高性能电池电极材料研究方面再获重要进展,其研究成果“Morphology-controlled Synthesis of Nanoporous-antimony Anode for High-performance Sodium-ion Batteries”发表在能源环境领域顶级期刊之一《Energy & Environmental Science》(影响因子IF=20.523)(2016, DOI: 10.1039/C5EE03699B)。
目前普遍使用的是锂离子电池,但存在安全及高成本问题。随着电动汽车、智能电网时代的到来,锂资源短缺将成为制约其发展的重要因素。钠和锂具有相似的物化性质,且钠资源丰富,提取相对比较容易,成本更低,钠离子电池是非常具有发展潜力的电池体系。然而由于钠离子比锂离子的半径大,导致钠离子电池电极在冲放电过程中产生大的体积变化,从而破坏电极结构,降低钠离子扩散动力。只有研制出具有稳定脱/嵌能力的电极材料,才能实现钠离子电池的实用性突破。
在边秀房教授和冯金奎副教授的指导下,2015级博士生刘帅及其合作者通过调控AlSb合金条带前驱体的成分,再经脱合金化制备出不同形貌的纳米多孔锑以及不同尺寸的锑颗粒,实现了纳米多孔锑的形貌可控制备,其中珊瑚状纳米多孔锑(NP-Sb70)作为钠离子电池负极具有强的结构完整性,高的钠离子和电子传输转移速度,其内部的多孔结构既提高了电极与电解液的接触面积,又能缓冲在充放电过程中电极嵌钠和脱钠带来的体积变化,在充放电电流为100 mA g-1循环200周后,容量仍然可以保持573.8 mAh g-1,并且具有优异的倍率和循环性能。珊瑚状纳米多孔锑电极材料制备方法简单,可以大规模生产,作为钠离子电池负极材料具有良好的应用前景。
近年来,边秀房教授课题组主要从金属的熔体结构基础性研究出发,根据熔体团簇结构设计新型纳米材料,在高性能电池电极材料、磁性液体等新材料开发与研制方面走出了新路;冯金奎副教授课题组主要从事先进能源材料的制备与性能研究工作,在电池性能提高方面具有雄厚的基础。这两个课题组的密切合作,充分发挥了材料制备和能源学科相互交叉的优点,这种探索有利于研究生知识结构的优化和创造性发挥。
边秀房教授与冯金奎副教授课题组在熔体结构以及高性能电池电极等方面已取得系列成果:Nano Energy(2015,13,651-657);EPL(2014,107,36004);J. PHYS-CONDENS MAT.(2015,27,235104);RSC Adv.(2015,5,60870-60875; 2015,5,41961-41966;2014,4,59541);J .Alloy Compd.(2015,639,563-570)Mater. Design(2014,64,287-293),引起了国际同行的广泛关注,提升了液固结构演变与加工教育部重点实验室在相关领域的学术影响,上述研究得到国家自然科学基金以及液固结构演变与加工教育部重点实验室的大力支持。
相关研究成果链接:
Energy & Environmental Science
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ee/c5ee03699b
Nano Energy
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285515001433