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合工大吳玉程教授課題組在金屬硫族化合物應(yīng)用于堿金屬離子電池領(lǐng)域取得最新進(jìn)展
來源：合肥工業(yè)大學(xué) 2023-08-30
導(dǎo)讀：近日，合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院吳玉程教授課題組在金屬硫族化合物應(yīng)用于堿金屬離子電池領(lǐng)域取得最新進(jìn)展，相關(guān)成果“Synergistic Engineering of Architecture and Composition in Bimetallic Selenide@Carbon Hybrid Nanotubes for Enhanced Lithium- and Sodium-Ion Batteries”發(fā)表于國際著名期刊《Advanced Functional Materials》。
在“碳中和與碳達(dá)峰”的國家戰(zhàn)略下，環(huán)境問題和傳統(tǒng)能源短缺大大加快了對可持續(xù)能源材料與技術(shù)的探索進(jìn)程。鋰離子電池在商用中較為成熟，然而進(jìn)一步提高其比容量、循環(huán)壽命仍是鋰離子電池研究的重要內(nèi)容；同時(shí)為了彌補(bǔ)鋰離子電池資源受限的不足，開發(fā)高性能鈉離子電池成為我國新能源戰(zhàn)略布局的重要方向之一。圖1 不同硒化策略的雙金屬硒化物@碳雜化納米管的物性表征圖2 基于兩步硒化策略的雙金屬硒化物@碳雜化納米管電化學(xué)儲鈉性能為此合肥工業(yè)大學(xué)吳玉程教授課題組崔接武副教授，余東波副研究員與加拿大國立科學(xué)研究院孫書會院士開展合作，在前期成熟的MOF調(diào)控策略的基礎(chǔ)上 (Nature Communications, 2020, 11, 927) ，利用優(yōu)化的硒化策略調(diào)控成分與結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，以此設(shè)計(jì)了一系列雙金屬硒化物@碳雜化納米管電極材料并應(yīng)用于鋰離子電池和鈉離子電池。研究發(fā)現(xiàn)，硒化策略對于電極材料的層級多孔結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸具有重要影響，Zn的高溫易揮發(fā)性對于調(diào)控電極材料微納結(jié)構(gòu)和成分起到了關(guān)鍵作用。圖3 原位XRD技術(shù)助力電化學(xué)儲鋰/鈉機(jī)理分析從而使不同硒化策略獲得的電極材料在鋰離子和鈉離子存儲中展現(xiàn)出截然不同的性能。一步硒化策略優(yōu)化的電極材料在存儲鋰離子時(shí)表現(xiàn)出較高的比容量(1328.3 mAh g-1@0.1 A g-1)和良好的倍率性能(269.1 mAh g-1 @10 A g-1)，兩步硒化策略優(yōu)化的電極材料應(yīng)用于鈉離子存儲時(shí)呈現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(10 A g-1電流密度下循環(huán)40000周次容量保持率為97.6%)。同時(shí)作者利用原位表征技術(shù)從機(jī)理上分析了電極材料在儲鋰/鈉過程中內(nèi)在區(qū)別與聯(lián)系，該研究成果有望為不同電池體系的電極材料設(shè)計(jì)提供新的思路。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金，安徽省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金等支持。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2021級博士研究生曹中南為論文第一作者。論文連接：https://doi.org/10.1002/adfm.202306862
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