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司鹏超副教授课题组在高性能锂离子电池和钠离子存储负极材料研究方面取得重要进展

发布日期:2019年02月22日 08:42 点击次数:

[本站讯]近日,材料学院司鹏超副教授课题组在高性能钾离子电池负极材料研究方面取得重要进展,相关研究成果以“Well-Defined Cobalt Sulfide Nanoparticles Locked in 3D Hollow Nitrogen-Doped Carbon Shells for Superior Lithium and Sodium Storage”为题发表在能源材料类顶级刊物Energy Storage Materials(https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.01.012,即时因子=13.31)上。材料学院硕士研究生上官会会和黄卫为本文第一作者(共同第一),山东大学材料学院司鹏超副教授和丹麦技术大学张静东教授为共同通讯作者,山东大学为第一作者单位。

为了满足可再生能源经济对储能日益增长的需求,锂离子电池和钠离子电池(LIBs和SIBs)二次电池技术的发展一直备受关注。二次电池技术主要基于两种反应模式,即插层模式和转化模式。相比插层反应,转化反应可以转移大量的电子(2-6个电子),因而具有更高的理论容量。但转化型材料在循环过程中,存在体积变化大、电极材料内部离子扩散缓慢、材料的容量损失大、倍率性能较弱等缺点。为取代传统的插层材料,人们在发展可靠的转化型材料中做出了巨大的努力。硫化钴(CoxSy)是过渡金属硫化物的一个亚类,具有良好的电化学活性和较高的理论容量(>400 mAh g-1),是一种非常有前途的转化型电极材料。

在司鹏超副教授和张静东教授的指导下,上官会会和黄卫探索了一种新型方法:将聚多巴胺中间体包裹住ZIF67,经过后期碳化、硫化等过程,把高单分散性的Co9S8纳米颗粒(11±2纳米)嵌入三维中空氮掺杂碳壳中,制备得到了Co9S8/HNCS电极复合材料。并作为锂电池和钠电池负极材料,对Co9S8/HNCS进行了电池测试。锂电池在200次循环后500 mA g-1下的可逆容量为755 mAh g-1。钠电池在200次循环后500 mA g-1下的可逆容量为327 mAh g-1;300次循环后1000 mA g-1下的可逆容量为224 mAh g-1。独特的多孔中空结构中硫化钴纳米颗粒与氮掺杂碳多面体壳的协同作用,使其具有优良的电化学性能。Co9S8/HNCS复合材料的设计策略也可用于其它中空金属硫化物的制备,在电化学能量转换和储存技术中具有应用潜力。

司鹏超副教授带领的课题组是慈立杰教授组建的山东大学-莱斯大学碳纳米材料研究中心的骨干团队之一。近年来,该课题组积极与丹麦技术大学、美国莱斯大学等国际知名大学合作,并依托山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室,在过渡金属硫化物及其在储能应用、多孔金属材料及化学传感器应用、碳纳米材料及其储能应用等领域开展了研究,并取得了一系列研究进展。先后在Advanced Energy Materials、Energy Storage Materials、Journal Materials Chemistry A、Nanoscale、ACS Sustainable Chemistry and Engineering、Journal of Power Sources、Electrochimica Acta、Applied Surface Science等国际知名期刊上发表多篇论文,受到国内外同行的广泛关注。上述研究得到了山大国际事务部、科学技术研究院和科技创新军民融合研究院的大力支持,本工作也获得了山东省重点研发计划以及山东大学自主创新项目的支持。

文章链接:

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.01.012


【供稿单位:材料学院    作者:张纪芝             编辑:新闻中心总编室    责任编辑:国千卉 张丹丹  】

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