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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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碳基儲(chǔ)能材料研究獲重要進(jìn)展
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碳基儲(chǔ)能材料研究獲重要進(jìn)展 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院教授梁業(yè)如團(tuán)隊(duì)在碳基儲(chǔ)能材料研究中取得重要進(jìn)展，成功制備出高密度多孔炭材料，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量和體積容量鋅離子存儲(chǔ)；同時(shí)開發(fā)出一種可實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池電化學(xué)與機(jī)械性能雙重增強(qiáng)的策略。相關(guān)成果近日分別發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》和《先進(jìn)功能材料》。 多孔炭材料具有比表面積高、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)、表面化學(xué)性質(zhì)可控和導(dǎo)電率高等優(yōu)點(diǎn)，在能源儲(chǔ)存、農(nóng)業(yè)環(huán)境、石油化工和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，設(shè)計(jì)合成兼具高孔隙率和高密度的炭材料，是該領(lǐng)域面臨重要挑戰(zhàn)，也是性能提升和應(yīng)用拓展的關(guān)鍵所在。 為此，研究團(tuán)隊(duì)提出納米限域炭化策略，成功制備出高密度多孔炭材料，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量和體積容量鋅離子存儲(chǔ)。團(tuán)隊(duì)利用溶膠-凝膠反應(yīng)將碳源（即葡萄糖和尿素）封裝到二氧化硅納米網(wǎng)絡(luò)中，由此，葡萄糖和尿素產(chǎn)生的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物被限域在二氧化硅納米網(wǎng)絡(luò)中，并原位炭化形成致密的炭材料。 該研究發(fā)現(xiàn)，這種納米限域炭化策略能夠有效避免膨脹炭材料的形成，是實(shí)現(xiàn)高密度的關(guān)鍵。采用該方法制備得到的高密度多孔炭材料比表面積和密度分別為591 m2 g-1和0.78 g cm-3；當(dāng)用作鋅離子混合超級(jí)電容器正極時(shí)，其質(zhì)量比電容和體積比電容分別高達(dá)453 F g-1和353 F cm-3，優(yōu)于同類先進(jìn)碳基正極材料。此外，通過對(duì)其儲(chǔ)鋅機(jī)理的研究，發(fā)現(xiàn)最佳儲(chǔ)鋅孔尺寸范圍為1.2~5.5 nm，而大于5.5 nm的孔尺寸對(duì)離子的快速傳輸至關(guān)重要。 與此同時(shí)，針對(duì)當(dāng)前碳基電極/固態(tài)電解質(zhì)界面因相互作用力弱而導(dǎo)致電化學(xué)性能不理想的弊端，研究團(tuán)隊(duì)與松山湖材料實(shí)驗(yàn)室研究員劉利峰團(tuán)隊(duì)合作，從固?固界面構(gòu)建的源頭出發(fā)，提出共價(jià)鍵合電極/電解質(zhì)界面的創(chuàng)新思路，成功開發(fā)了一種可實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池電化學(xué)與機(jī)械性能雙重增強(qiáng)的策略，為有效解決當(dāng)前固態(tài)電池面臨的固-固界面相容性差和界面電阻大的技術(shù)難題提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)合成具有高離子電導(dǎo)率的富氧遙爪聚合物電解質(zhì)基礎(chǔ)上，利用其活性端基與改性電極表面化學(xué)官能團(tuán)反應(yīng)形成強(qiáng)的共價(jià)鍵，增強(qiáng)了固態(tài)電解質(zhì)與電極之間相互作用力，由此顯著降低了電極/固態(tài)電解質(zhì)界面電阻，并提高了固體鋰電池的電化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，為固態(tài)電池在可穿戴設(shè)備、柔性顯示屏以及便攜式電子設(shè)備中的應(yīng)用提供了可能。 相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/D4EE02163K https://doi.org/10.1002/adfm.202404795 |
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