科研進展

深圳先進院在電化學能源存儲與轉換領域取得重要進展

時間:2019-05-21  來源:醫工所 付比 文本大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大 |  | 】  【打印

  近日,中國科學院深圳先進技術研究院納米調控與生物力學研究中心付比助理研究員(第一作者)及湘潭大學客座學生蘇永、余俊熹等在電化學知名期刊Electrochimica ActaIF 5.12)上發表重要研究進展。這篇題為Single crystalline nanorods of Na0.44MnO2 enhanced by reduced graphene oxides as a high rate and high capacity cathode material for sodium-ion batteries Electrochimica Acta 303,125-132, 2019的論文,闡述了還原氧化石墨烯提升并影響Na0.44MnO2鈉離子擴散速率的微觀機理,并采用導電原子力顯微技術(conductive-atomic force microscopy, c-AFM)在納米尺度定量測量鈉離子電池電極材料的導電性。

  電化學能源存儲在可充放電電子設備具有廣泛應用,鋰離子電池具有高能量密度、輕質量、小體積和壽命長等特點,已成為當前的主流技術。鈉與鋰元素屬于同族堿金屬元素,具有相似的物理化學性能,用金屬鈉代替金屬鋰,研發搖椅式鈉離子電池已成為降低電化學儲能系統成本的重要方法。Na0.44MnO2具有S型離子擴散通道,能夠緩沖質量和體積相對較大的鈉離子嵌入/脫出電極材料產生的應變,然而其電導率較低,抑制了鈉離子擴散速率。

  團隊制備了Na0.44MnO2/rGO復合納米電極材料,并采用c-AFM定量測量了其納米尺度電流-電壓曲線,研究表明:加入少量還原氧化石墨烯,復合電極材料的電阻降低了一個數量級。電化學循環和倍率性能測試結果表明:Na0.44MnO2/rGO復合納米電極材料在0.2C電流密度下循環200次后保持比容量為124mAh/g,在15C電流密度下可逆循環比容量為70.8mAh/g,與純Na0.44MnO2納米棒相比其電化學性能有顯著提高。阻抗譜分析表明:引入rGO能夠有效減小Na0.44MnO2/rGO復合納米電極Warburg系數,增大鈉離子擴散系數,進而提升電化學儲能。

  該研究揭示了納米尺度調控與測量鈉離子電池電極材料物性,影響并提升電化學儲能的微觀機制。 該項研究得到科技部國家重點研發計劃納米專項(2016YFA0201001),國家自然科學基金項目(11472236,11802318),深圳市科技計劃項目(JCYJ20170818155200084),廣東省珠江人才計劃(2017GC010051)等項目資助。

  論文鏈接

   

  1. Na0.44MnO2/rGO微觀結構及采用c-AFM測量電極材料IV曲線