金鐘教授課題組在新型可充電鎂二次電池方面取得新進(jìn)展
南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院介觀化學(xué)教育部重點實驗室、江蘇省先進(jìn)有機(jī)材料重點實驗室金鐘教授帶領(lǐng)的“清潔能源材料與器件”研究團(tuán)隊在新型可充電鎂二次電池方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果最近以“One-Step Synthesis of 2-Ethylhexylamine Pillared Vanadium Disulfide Nanoflowers with Ultralarge Interlayer Spacing for High-Performance Magnesium Storage”為題發(fā)表在Advanced Energy Materials上，文章鏈接為https://doi.org/10.1002/aenm.201900145。
鎂電池具有理論容量大、安全性高、環(huán)境友好、原料成本低等優(yōu)點，是一種在大規(guī)模儲能方面很有前途的電化學(xué)儲能器件。然而，由于帶兩個正電荷的二價鎂離子的半徑小，極性大，溶劑化作用強(qiáng)，使其在正極材料中的嵌入/脫出動力學(xué)行為較為緩慢，故可用于鎂離子存儲的正極材料很少。另外，由于金屬鎂在很多溶劑中會生成鈍化膜，且該鈍化膜是鎂離子的不良導(dǎo)體，因此尋找具有良好可逆沉積鎂的能力、寬的電化學(xué)窗口、且能夠與正負(fù)極材料兼容的電解液體系也非常重要。
為了解決上面的問題，在該研究工作中，采用了通過離子液體改善的基于Mg(HMDS)2-4MgCl2/THF電解液，表現(xiàn)出良好的可逆沉積鎂性能、更寬的電化學(xué)窗口以及提升的熱穩(wěn)定性。同時，通過便捷的一步液相法合成了一種有機(jī)胺分子插層使得層間距擴(kuò)大的二硫化釩納米花，作為鎂電池正極材料時，能夠與該電解液很好的兼容，并表現(xiàn)出很好的電化學(xué)儲鎂能力。由于有機(jī)胺分子的插入可以有效地拓寬離子通道，為活性鎂物種的插入提供更多的活性位點，并且能夠有效屏蔽活性鎂物種與正極材料晶格陰離子之間的靜電作用力，促進(jìn)離子傳輸。同時，有機(jī)胺分子作為“支撐柱”有益于保持正極材料的結(jié)構(gòu)完整性。因此，該層間距擴(kuò)大的二硫化釩正極表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)儲鎂性能。
該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、江蘇省杰出青年基金、江蘇省雙創(chuàng)人才計劃等項目的資助。
圖1. 有機(jī)胺分子插層的VS2合成示意圖以及形貌、結(jié)構(gòu)和成份表征。
圖2. 有機(jī)胺分子插層和退火除去有機(jī)胺后的VS2的光譜學(xué)表征結(jié)果比較。
圖3. 基于有機(jī)胺分子插層和退火除去有機(jī)胺后的VS2電極的鎂電池性能對比。
圖4. 有機(jī)胺分子插層的VS2電極的電化學(xué)動力學(xué)分析。
圖5. 有機(jī)胺分子插層的VS2電極的儲鎂過程和結(jié)構(gòu)演化分析。
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