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中南民族大學(xué)黃紹專教授團(tuán)隊在《Advanced Materials》發(fā)表研究成果

來源:中南民族大學(xué)      2024-04-12
導(dǎo)讀:4月3日,中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院黃紹專教授團(tuán)隊在過渡金屬硫族化合物的性能增強(qiáng)和失效機(jī)制方面取得了新的研究進(jìn)展,研究成果以“Deciphering the performance enhancement, cell failure mechanism, and amelioration strategy of sodium storage in metal chalcogenides-based anodes”為題發(fā)表于國際著名期刊《Advanced Materials》(Adv. Mater., 2024, 2314271, DOI: 10.1002/adma.202314271)。該院碩士研究生李彤為論文第一作者,黃紹專教授為論文通訊作者,中南民族大學(xué)為論文第一署名單位。論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202314271.

過渡金屬化合物因其較高的理論比容量和良好的電化學(xué)活性而被廣泛研究。然而在電化學(xué)反應(yīng)過程中,過渡金屬化合物遭遇巨大的體積變化和遲緩的反應(yīng)動力學(xué)等問題,極大的阻礙了其在高功率/高能量二次電池中的應(yīng)用。為此,黃紹專教授團(tuán)隊先后在電極材料結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(Energy Storage Mater., 2020, 32, 151-158;ACS Nano 2024, 18, 5672?5683)、陽離子摻雜本征結(jié)構(gòu)調(diào)控(Adv. Energy Mater., 2021, 11, 2003689;Sci. Adv., 2022, 8 (51), eadd6596;Adv. Funct. Mater. 2024, 34,2310256)及催化載體材料設(shè)計(Adv. Energy Mater., 2021, 11, 2003689; Small, 2022, 18, 2106716)等方面取得了系列研究成果。但是,金屬硫化物(TMC)在醚類電解液中呈現(xiàn)出顯著的性能增強(qiáng)及電池失效現(xiàn)象,至今尚未有人揭示,這嚴(yán)重阻礙了TMC的發(fā)展與應(yīng)用。

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CoS2儲性能增強(qiáng)、電池失效機(jī)制示意圖?;膶W(xué)院供圖

針對上述問題,該研究首次聚焦TMC在醚類電解液中的性能增強(qiáng)及電池失效現(xiàn)象,深入探索了其作用機(jī)制。以CoS2為研究對象,該工作發(fā)現(xiàn)CoS2在循環(huán)中發(fā)生CoS2→多硫化鈉(NaPSs)→Co/Cu1.8S不可逆相變,從而誘導(dǎo)電極重構(gòu),形成三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),促進(jìn)儲鈉性能的增強(qiáng)。同時,NaPSs的形成引發(fā)了穿梭效應(yīng),造成電池微短路,成為電池失效的主因。隨后該工作通過電極電勢、理論計算系統(tǒng)探索了不同金屬硫化物的失效規(guī)律與機(jī)制。最后,該工作分別從材料層面和電池層面對電極進(jìn)行修飾改性,使得電池的循環(huán)性能大幅增強(qiáng)(>1000圈)。該研究揭示了TMC基負(fù)極材料的電化學(xué)儲鈉性能增強(qiáng)和失效機(jī)制,為先進(jìn)TMC基材料的設(shè)計和優(yōu)化提供了重要指導(dǎo)。

黃紹專教授是湖北省高層次人才。長期從事高性能鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池等關(guān)鍵電極材料的設(shè)計、合成及儲能機(jī)制研究。目前以第一作者/通訊作者在Chem. Soc. Rev., Sci. Adv., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater. ACS Nano, Nano Energy等重要期刊共發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文40余篇。文章引用8000余次,H指數(shù)53。


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