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500次循環(huán)后放電效率仍接近100% 高性能鋰存儲材料研究獲突破

2021-05-26 09:28:07 科技日報   作者: 趙漢斌  

記者5月23日從云南大學(xué)了解到,該校材料與能源學(xué)院郭洪教授團(tuán)隊在共價有機(jī)框架新能源存儲材料方面取得突破性進(jìn)展,為開發(fā)低成本、持久循環(huán)穩(wěn)定、高容量和可逆性充電電池的有機(jī)電極材料提供了一種新策略。國際著名期刊《先進(jìn)功能材料》發(fā)表了這一成果。

當(dāng)前,開發(fā)高性能、可持續(xù)的綠色電極材料對鋰離子電池的發(fā)展至關(guān)重要。作為一種高性能的能量存儲裝置,鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于各類移動電源和其他可再生清潔能源載體上。

與傳統(tǒng)無機(jī)化合物相比,共價有機(jī)框架是一類組分結(jié)構(gòu)可設(shè)計、強(qiáng)穩(wěn)定性的多孔晶態(tài)框架材料,因其功能性有機(jī)單元的框架結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出開放的離子和電子傳輸通道,近年來出現(xiàn)在電化學(xué)儲存的舞臺上。作為一種理想的鋰儲存電極材料,共價有機(jī)框架仍存在許多亟待解決的問題,如較低的氧化還原位點(diǎn)利用率,直接影響了其可逆儲能容量。因此,如何精確設(shè)計原子層結(jié)構(gòu)的共價有機(jī)框架分子結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對材料結(jié)構(gòu)層間或內(nèi)部活性儲鋰位點(diǎn)的充分激發(fā)與利用,將對共價有機(jī)框架類材料在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用開辟新的思路。

針對這些問題,課題組首次提出了羰基和氰基雙重有效氧化還原位點(diǎn)修飾的原子層共價有機(jī)框架,并成功應(yīng)用于鋰離子電池正極材料中。他們在前期研究基礎(chǔ)上,通過分子層面的設(shè)計,構(gòu)建了獨(dú)特的類花瓣二維原子層共價有機(jī)框架,具有較高的電化學(xué)動力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,引入原子層結(jié)構(gòu)調(diào)控的羰基和氰基雙活性位,可顯著增強(qiáng)共價有機(jī)框架用作鋰離子電池正極的電化學(xué)活性和容量。

課題組通過機(jī)械剝離的方法,將團(tuán)簇狀具有光導(dǎo)性的共價有機(jī)框架材料剝離,得到原子層共價有機(jī)框架材料。當(dāng)其作為鋰離子電池正極時,在200毫安時/克的電流密度下,經(jīng)過500次循環(huán),仍保持96毫安時/克的高容量,放電效率接近100%,原子層共價有機(jī)框架材料的電化學(xué)性能,優(yōu)于最新報道的其他同類有機(jī)化合物。




責(zé)任編輯: 李穎

標(biāo)簽:鋰存儲材料,放電效率