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我室在能源领域取得重大突破,研究成果发表在《自然》子刊《Nature Communications》

发布时间 : 2015-11-03 阅读次数 : 11

      2015年10月28日,《Nature Communications》(《自然-通讯》)在线发表了题为“Uniform yolk-shell iron sulfide-carbon nanospheres for superior sodium-iron sulfide batteries”的论文。

      该论文由澳大利亚伍伦贡大学王云晓博士和我校环境科学与工程学院博士后杨建平共同完成,参与作者包括我校污染控制与资源化研究国家重点实验室主任张伟贤教授,同济大学兼职教授、复旦大学赵东元院士,澳大利亚伍伦贡大学Shu-Lei Chou博士,Hua Kun Liu教授以及超导和电子材料研究所所长Shi Xue Dou教授。

      随着当前全球化石能源日渐枯竭以及环境问题日益严峻,新能源的开发和利用受到越来越多的关注。其中,钠-硫化物电池因具有高的能量密度及功率密度而备受研究者青睐。但是,由于硫化物的低导电性及其在钠电池充放电过程中巨大的体积变化,使得目前很多钠-硫化物电池均表现出较差的电化学性能。

 

      本研究设计了一种具有空腔结构的碳包覆硫化铁核-壳纳米球,很好的解决了上述问题。首先,多孔碳的外层增加了电极材料的导电性,使其具有高的可逆容量;其次,纳米尺寸的硫化铁核确保了较大的电极-电解液接触面积,缩短了电子和离子的传输扩散路径,提高了钠离子的反应速率;再次,空腔结构设计可以缓解硫化铁在钠电池充放电过程中的体积变化问题,保证电极材料的结构稳定性。基于以上特性,本研究设计的具有空腔结构的碳包覆硫化铁核-壳纳米球具有非常优异的电化学性能:(1)电池循环测试一百次后,仍能保持非常高的容量(~ 545 mA h g-1);(2)具有显著高的能量密度~ 438 Wh kg-1;(3)在大电流充放电下(2500 mA g-1),电极材料仍表现出极佳的倍率性能(545 mA h g-1)。此外,本研究详细阐释了电池充放电机理,不仅可以为钠-硫化物电池体系的相关研究提供借鉴,而且有助于推动其他电极材料的结构设计。 

附1:《Nature Communications》是2010年自然出版集团发行的子刊,覆盖多学科领域,旨在发布严谨且颇具综合性并代表某一领域重大进展的研究论文。2015年影响因子为11.47。

附2:我院在能源研究领域取得系列进展,目前张伟贤教授及其博士后杨建平已发表多篇高质量的能源相关论文。如2015年已在能源顶级国际期刊《Nano Energy》(影响因子10.325)发表论文“Yolk-shell silicon-mesoporous carbon anode with compact solid electrolyte interphase film for superior lithium-ion batteries”,该研究利用空腔大小设计结合介孔碳层的包覆思想,调控优化单质硅锂电池的循环稳定性及倍率特性;在Wiley先进材料系列新期刊《Advanced Materials Interfaces》发表论文 “Highly Ordered Dual Porosity Mesoporous Cobalt Oxide for Sodium Ion Batteries”。

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