Группа новых энергетических материалов и устройств Пекинского университета: значительный прогресс в области исследования отрицательного полюса литиевых батарей

Усовершенствованные литий-ионные батареи с выдающимися преимуществами хранения энергии с точки зрения емкости, безопасности и стабильности стали неотъемлемой частью повседневной работы и жизни людей. Они широко используются в портативных электронных продуктах, электромобилях и даже в пиковых энергосистемах и других вторичных энергосистемах. Однако, поскольку он широко использовался в 1990-х годах, удельная емкость литий-ионных аккумуляторов существенно не увеличилась, поэтому они все больше не могут соответствовать требованиям смартфонов в течение длительного времени в режиме ожидания, электромобилей для более длительного использования и сетка для хранения пиковой мощности. Основная причина этой дилеммы заключается в том, что емкость электродного материала литиевых батарей трудно преодолеть. Например, в коммерческих материалах для отрицательных электродов можно использовать только материалы на углеродной основе с низкой удельной емкостью с теоретической емкостью 372 мАч / г. Хотя исследования показали, что такие элементы, как Si, Ge и Sn, обладают высокой удельной емкостью в качестве отрицательных полюсов, они ограничены быстрым спадом емкости после многократного использования и их трудно применять на практике. В последние годы материалы отрицательных электродов SnO2 привлекли большое внимание из-за их превосходных циклических свойств. Их теоретическая емкость (783 мАч / г) в два раза превышает отрицательный электрод графита. Однако существующие материалы SnO2 и элементарных отрицательных электродов не могут преодолеть узкое место объемного расширения во время электрохимического процесса литий-ионных аккумуляторов, и циклическую стабильность трудно удовлетворить потребностям применения. Поэтому разработка нового материала литиевого электрода SnO2 с высокой циклической стабильностью и большой емкостью имеет большое значение.

Недавно Группа новых энергетических материалов и устройств Школы химии и молекулярной инженерии Пекинского университета и Института силикатов Китайской академии наук, Университета Пенсильвании и Пекинского технологического университета совместно исследовали черный диоксид олова. нанометр на основе оригинальной технологии приготовления. Материал, который имеет обратимую емкость 1340 мАч / г в качестве литиевого отрицательного электрода, намного превосходит теоретический предел емкости SnO2 (783 мАч / г). После компаундирования с графеном этот материал обладает более высокой стабильностью цикла и высокими характеристиками. Емкость не снижается после прохождения 100 циклов при плотности тока 0,2 А / г, поддерживая емкость 950 мАч / г; большой ток на 2 А / г. Его выдерживают на уровне 700 мАч / г.

Благодаря глубоким и детальным исследованиям исследователи поняли, что уникальный новый черный диоксид олова отличается от существующего диоксида олова, имеет характеристики превосходной электронной проводимости и богатых кислородных вакансий, а также вызывает реакцию изотропного восстановления наноактивных материалов. Таким образом, были сформированы высокотермодинамические и высокостабильные однородно диспергированные микроскопические композитные наноструктуры Sn и Li2O, которые окончательно решили научную проблему агломерации металлического Sn в процессе цикла. Исследователи были удивлены, обнаружив, что эта специальная микроскопическая композитная наноструктура может гарантировать, что металлическое олово полностью обратимо окисляется до диоксида олова в электрохимической реакции накопления энергии. Об этом явлении и механизме не сообщалось в литературе. На основе нового механизма хранения теоретическая емкость материалов отрицательного электрода из диоксида олова была увеличена с исходных 783 мАч / г до 1494 мАч / г нового механизма. Черный диоксид олова, изобретенный исследователями, дает новую идею для разработки и синтеза других новых типов электроотрицательных материалов, а также имеет ценность для промышленного применения, как электроотрицательные литиевые материалы с высокой емкостью.

Результаты исследования были опубликованы 21 апреля 2017 года под названием «ArbustandCondutiveBlackTinOxideNanostructure-IonBatteriesPossible», опубликованном 21 апреля 2017 года. Первый аспирант Международного журнала Top Science Journal, Дунуцзе, и первый аспирант Китайской химической академии Science, Xujijian (DOI: 1002/2017) и Китайская академия химических наук были первыми аспирантами Пекинского университета. Автор сообщения - профессор Хуанфуцян. Проект поддерживается Национальным планом основных фундаментальных исследований и разработок, Комитетом Национального фонда естественных наук, Шанхайским муниципальным комитетом по науке и технологиям и основными исследовательскими проектами Китайской академии наук.

Страница содержит содержимое машинного перевода.