徐立強(qiáng)教授課題組在鉀離子二次電池研究領(lǐng)域取得重要新進(jìn)展
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近日，我院錢逸泰院士團(tuán)隊(duì)徐立強(qiáng)教授課題組在鉀離子二次電池新型高性能電極材料研究領(lǐng)域取得重要新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“In-situ Nano-Crystallization and Solvation Modulation Promote Highly Stable Anode Involving Alloy/De-alloy for Potassium Ion Batteries”為題，在國(guó)際著名化學(xué)頂級(jí)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition 2021, DOI: 10.1002/anie.202100654；IF: 12.99)上在線全文發(fā)表。山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院2018級(jí)博士王璐為第一作者，其指導(dǎo)教師徐立強(qiáng)教授為唯一通訊作者，山東大學(xué)為第一通訊單位。
鋰資源儲(chǔ)量有限和分布不均促使新型高性能二次電池等儲(chǔ)能器件的研究逐步發(fā)展。近年來(lái)，鉀離子電池以鉀金屬電極工作電位優(yōu)異、鉀儲(chǔ)量豐富等優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多的關(guān)注。但是，鉀金屬的高活潑性亟需開發(fā)高性能、穩(wěn)定的負(fù)極材料。與炭基材料相比，以鉍基材料為代表的合金機(jī)制材料因其容量高、工作電位安全等優(yōu)勢(shì)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。但是合金機(jī)制材料面臨體積效應(yīng)導(dǎo)致的容量衰減快、循環(huán)壽命有限(低于1000圈)等問(wèn)題。關(guān)于合金機(jī)制材料的穩(wěn)定性仍有待深化探究并拓展對(duì)相關(guān)因素作用機(jī)制的理解。
致力于提高電極材料的能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化效率及改善鉀離子電池的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性，徐立強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種新型的具有二維結(jié)構(gòu)的碳酸氧鉍(BiO)2CO3材料作為鉀離子電池負(fù)極材料：（一）借助其大的層間距(0.683 nm)以保證半徑較大的鉀離子順暢嵌入/脫出，實(shí)現(xiàn)嵌鉀-脫鉀過(guò)程中材料的原位納米化，從材料本身角度實(shí)現(xiàn)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；（二）基于溶劑化調(diào)控，采用新型高濃度電解液(KFSI-G2)在電極材料表面構(gòu)筑富無(wú)機(jī)成分的SEI膜，構(gòu)筑高效穩(wěn)定的電極-電解液界面。該工作基于提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和界面穩(wěn)定性，協(xié)同使(BiO)2CO3電極在0.025 A g-1電流密度下取得了610 mAh g-1的高可逆放電比容量，并能在0.2 A g-1下以0.007%的低衰減率穩(wěn)定充放電1500圈；在此基礎(chǔ)上通過(guò)原位XRD和非原位的高分辨透射電鏡等深入研究了其充放電機(jī)理，還通過(guò)擇優(yōu)選擇正極材料成功組裝了軟包全電池。該工作拓展了鉍基材料的應(yīng)用，可為高性能、高穩(wěn)定性的合金機(jī)制負(fù)極材料開發(fā)提供理論借鑒和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考，并為鉀離子二次電池中電極-電解液界面的構(gòu)筑提供了重要的新理解。
近年來(lái)，徐立強(qiáng)教授課題組以二次電池電極材料的研發(fā)為主要研究方向、以實(shí)現(xiàn)能量高效存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化為目標(biāo)，在鉀/鈉離子二次電池、鋰硫二次電池等新型高性能電極材料的合成方法、表界面調(diào)控、機(jī)理分析、構(gòu)效關(guān)系及其在能源領(lǐng)域的初步應(yīng)用等方面開展了系統(tǒng)性研究，取得了系列創(chuàng)新性研究成果。除上述工作外，還有部分代表性工作先后發(fā)表在國(guó)際著名期刊Energy Storage Materials (IF: 16.28), 2020, 25, 679-686; Appl. Catal. B: Environ(IF：16.683), 2020，175，119104; ACS Energy Lett. (IF: 19.003)，2019, 4, 1496-1504; Energy Storage Materials (IF: 16.28), 2019, 23, 35-45; ACS Nano (IF: 14.588), 2018, 12, 8277-8287; Energy Storage Materials (IF: 16.28), 2018, 15, 234–241等；此外，2020年獲山東省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)(課題組主頁(yè)：https://faculty.sdu.edu.cn/~fI3Iry/zh_CN/index.htm)。
上述系列研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、山東大學(xué)交叉學(xué)科基金的資助和山東大學(xué)結(jié)構(gòu)成分與物性測(cè)量平臺(tái)的大力支持。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202100654；
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