我院在新型實用化混合離子電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
近日，我院吳興隆副教授研究小組在材料類國際著名學(xué)術(shù)期刊Advanced Energy Materials(2018, DOI: 10.1002/aenm.201702504，影響因子：16.721)上發(fā)表了題為“A Practicable Li/Na-Ion Hybrid Full Battery Assembled by a High-Voltage Cathode and Commercial Graphite Anode: Superior Energy Storage Performance and Working Mechanism”的文章，成功設(shè)計了一類新型實用化鋰/鈉混合離子電池，具有優(yōu)異的循環(huán)、倍率和低溫等儲能性能。該類電池結(jié)合了鋰離子電池和鈉離子電池的優(yōu)點，有望應(yīng)用于未來高效儲能領(lǐng)域，是進(jìn)一步降低儲能成本并實現(xiàn)商品化的一個新途徑，為開發(fā)先進(jìn)低成本混合動力電池提供了一種全新的研究方法，因此也對該研究成果申請了發(fā)明專利。
為了克服鈉離子半徑大等因素造成的鈉離子電池性能不夠優(yōu)異，以及鋰離子電池材料成本價格偏高等問題，本研究工作以前期開發(fā)的高比能Na3V2(PO4)2O2F (NVPOF)為無鋰正極，市售石墨MCMB為負(fù)極，普通鋰電LiPF6基電解液為電解質(zhì)，設(shè)計了該類新型實用化鋰/鈉混合離子電池 (Practicable Li/Na-ion hybrid battery, HLNIBs)，其工作機(jī)制如圖1所示。
圖1. MCMB//NVPOF混合離子電池的工作機(jī)制示意圖
電化學(xué)性能測試結(jié)果表明，該MCMB//NVPOF HLNIBs具有高的能量密度約為328 Wh kg−1（根據(jù)正極和負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量總和計算而得）。此外，如圖2所示，該HLNIBs表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能、長的循環(huán)穩(wěn)定性和較好的低溫性能。例如，在2.6 A g-1這樣的高電流密度下，HLNIBs仍表現(xiàn)出73.9 mA h g-1的比容量；在1.3 A g-1下循環(huán)2000圈后，仍然有86.3%的容量保持率；在-25℃的低溫下，0.013A g-1充放電時，可逆比容量達(dá)96.4 mA h g−1，且循環(huán)100圈后仍然有94.5%的容量保持率。此外，還通過恒電流間歇滴定法(GITT)和非原位XRD技術(shù)進(jìn)一步研究了NVPOF電極的反應(yīng)動力學(xué)和Na+/Li+脫嵌過程。
圖2.新型MCMB//NVPOF混合離子電池的電化學(xué)性能
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