【產(chǎn)通社，12月11日訊】南開大學(xué)（Nankai University）官網(wǎng)消息，其材料科學(xué)與工程學(xué)院教授周震帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在室溫鈉離子電池負(fù)極材料的研究中取得突破性進(jìn)展，制備出氮硫共摻的新型碳材料并計(jì)算出其作用機(jī)制，相關(guān)研究成果發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。

在諸多引起關(guān)注的鈉離子電池負(fù)極材料中，碳基材料具有最好的應(yīng)用前景。商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料石墨因?qū)娱g距較小，而且與鈉離子相互作用較弱，阻礙了鈉離子的嵌入和存儲(chǔ)，因而表現(xiàn)出較低的電化學(xué)容量，限制了其在鈉離子電池中的應(yīng)用。為解決這一問題，周震課題組利用一種簡(jiǎn)單、可控的方法實(shí)現(xiàn)了硫原子對(duì)溶膠凝膠法制備的富氮碳片中特定氮原子的取代，得到氮硫共摻的新型碳材料。這一材料中，硫在增大碳層間距離和比表面積的同時(shí)，也增加了儲(chǔ)鈉位點(diǎn)，共同實(shí)現(xiàn)了提高碳材料儲(chǔ)鈉容量的目的，從而提高電池容量。

課題組還通過計(jì)算揭示了氮硫共摻對(duì)促進(jìn)鈉離子在碳材料層間的嵌入和遷移的作用機(jī)制。該材料當(dāng)用于鈉離子電池測(cè)試時(shí)表現(xiàn)出高容量和高容量保持率(在50mAg-1條件下比容量為350mAhg-1，在10Ag-1條件下，仍可實(shí)現(xiàn)110mAhg-1的高容量。材料在大電流1Ag-1下循環(huán)1000周后容量保持率高達(dá)95%)，綜合性能高于氮或硫單一摻雜的碳材料以及研究較多的硬碳材料。該材料可以實(shí)現(xiàn)硫的可控添加，并且可形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，有效避免了在充放電過程中向鈉硫電池轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性降低的弊端。該成果為鈉離子電池的實(shí)用化提供了一種可行的負(fù)極材料解決方案。

周震介紹，近年來，隨著便攜式移動(dòng)電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的迅猛發(fā)展，鋰原料持續(xù)消耗導(dǎo)致其價(jià)格不斷攀升。以碳酸鋰為例，僅2016年一年其價(jià)格就暴漲3倍，高達(dá)12.8萬(wàn)元/噸。過高的原材料成本大大降低了開發(fā)大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備的可行性，探索新型儲(chǔ)能技術(shù)具有重要意義。與其它儲(chǔ)能設(shè)備相比，室溫鈉離子電池因鈉資源豐富、成本低(例如食品級(jí)碳酸鈉即純堿的價(jià)格為1000多元/噸)、能量轉(zhuǎn)換效率高和循環(huán)壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。而開發(fā)成本低廉、電化學(xué)性能優(yōu)異的電極材料是實(shí)現(xiàn)室溫鈉離子電池實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)隆南開新材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的支持。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站http://news.nankai.edu.cn，以及http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201604108/full。    （完）