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上海矽酸鹽所在鈉基氧硫化合物的結構設計和鈉離着c姵氐牡统杀緫用研究中取得新進展

文章來源:上海矽酸鹽研究所  |  發布時間:2019-05-14  |  【打印】 【關閉

  

  隨著二次電池市場的大規模增長和锂資源的大量消耗,人們開始尋求锂電池的替代品。由于鈉資源豐富,價格低廉,分布廣泛,鈉離着c姵刂饾u成爲儲能領域研究的熱點之一。由于Na/Na+的標准電勢-2.71 VLi/Li+的標准電勢-3.04 V接近,且二者的電池工作原理類似,因此科研人員可借鑒锂離子電池中的研發經驗以應用于鈉離子電池。然而,鈉離子較大的離子半徑Na+: 1.02 A vs Li+: 0.76 A和較慢的動力學速率,使商用的锂離子電池負極材料石墨在作爲鈉離子電池負極時不能提供令人滿意的性能,因此開發具有新型結構的鈉離子電池負極材料顯得尤爲重要。 

  近日,中國科學院上海硅酸盐研究所光电转换材料與器件研究课题组與北京大学、浙江大学合作,在晶体结构的功能导向性设计與新型储能材料制备方面取得新进展。该团队基于結構功能區的設計理念,制備出一種新型負極材料Na2Cu2.09O0.50S2,並獲得優異的鈉離子存儲性能。Na2Cu2.09O0.50S2具有准一維晶體結構,其中[Cu4S4]鏈作爲電子傳導結構單元,使得樣品導電率高達0.5 S/cmNa4[CuO]鏈作爲離子傳導結構單元,形成鈉離子快速傳導的通道。研究團隊進一步通過球磨降低其晶粒尺寸,最終實現了高比容量(在0.2 A/g時爲588 mAh/g)、優異的倍率性能(在2 A/g時爲408 mAh/g)與良好的循环性能(400個循環後容量保持率爲82%)。基于結構功能區的设计思路可为设计與制备新型电极材料提供新的可能。相關研究成果以“Boosting the Stable Na Storage Performance in 1D Oxysulfide”爲題發表于國際著名能源類期刊Advanced Energy Materials 2019DOI: 10.1002/aenm.201900170, 上海硅酸盐所與浙江大学联合培养博士研究生徐吉健为第一作者,黄富强研究员为通讯作者。 

  上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中國科學院、上海市科委等项目的資助 

結構功能區示意图與Na2Cu2.09O0.50S2負極材料的鈉離子電池性能 

    

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