高能量、長壽命的水系可充放鎳鉍電池研究新進(jìn)展發(fā)表于《Adv. Mater.》
隨著電動汽車和各種智能設(shè)備的快速發(fā)展，具有良好安全性、高功率/能量密度的新型先進(jìn)能量存儲裝置成為研究的熱點(diǎn)。相比鋰離子電池，水系可充放電池因為安全性高、成本低廉、離子導(dǎo)電率高以及倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)受到了研究人員的廣泛關(guān)注。為了實現(xiàn)高能量、安全可靠的水系可充放電池，亟待開發(fā)一種高倍率、高容量、穩(wěn)定的負(fù)極材料。而高導(dǎo)電性的金屬鉍在水性溶液中具有高度可逆氧化還原反應(yīng)和合適的負(fù)電位窗口，因此Bi有望作為一種水系溶液中高性能的電極材料。然而，目前報道的金屬Bi電極的容量和循環(huán)穩(wěn)定性都有待提高。
圖1. 多孔鉍-碳復(fù)合材料和所研發(fā)的鎳鉍電池的面積容量和質(zhì)量比電容
盧錫洪副教授團(tuán)隊利用三維高結(jié)晶度的Bi納米結(jié)構(gòu)抵消儲能轉(zhuǎn)換反應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力，成功構(gòu)筑了首款可充放的Ni//Bi電池（Adv. Mater., 2016, 28, 9188–9195．）。為了進(jìn)一步提高鎳鉍電池的能量密度和壽命，該團(tuán)隊在前期基礎(chǔ)上最近通過原位活化的策略制備了一種高載量的三維多孔的鉍-碳復(fù)合材料，作為水系鎳鉍電池的高性能負(fù)極材料。這種多孔氮摻雜的碳三維結(jié)構(gòu)不僅可以實現(xiàn)高載量鉍的均勻負(fù)載，而且可以提供快速的電子傳輸和離子擴(kuò)散的通道，有利于提高電極的容量和倍率性能。因此，制備的鉍-碳復(fù)合電極具有很好的潤濕性和活性面積，表現(xiàn)出較高的容量（2.11 mAh cm-2和166.2 mAh g-1）和優(yōu)異的倍率性能（2.11 mAh cm-2和120 mA cm-2）。更重要的是，基于這種鉍-碳復(fù)合材料為負(fù)極，Ni-NiO為正極組裝的柔性鎳鉍水系可充放電池具有很高的能量密度（16.9 mWh cm-3）和出色的循環(huán)壽命（充放電5000次后仍有94%的容量保持率），優(yōu)于很多研究報道的水系電池。相關(guān)成果以“In Situ Activation of 3D Porous Bi/Carbon Architectures: Toward High-Energy and Stable Nickel–Bismuth Batteries”為題發(fā)表在研究成果發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊Adv. Mater.上（Yinxiang Zeng, Ziqi Lin, Zifang Wang, Mingmei Wu, Yexiang Tong, and Xihong Lu*. Adv. Mater., 2018, 30, 1707290）。
上述研究工作得到了廣東省自然科學(xué)杰出青年基金、廣東省特支計劃科技創(chuàng)新青年拔尖人才項目、國家重點(diǎn)研發(fā)項目、廣州市珠江科技新星專項等項目的資助等項目的資助。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201707290
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