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我校化科院兰亚乾课题组在锂离子电池方面取得新进展

我校化科院兰亚乾教授课题组在多酸基金属-有机骨架(POMOFs)用作锂离子电池电极材料的研究取得重要的突破。相关成果以“POM-Based Metal-Organic Framework/Reduced Graphene Oxide Nanocomposites with Hybrid Behavior of Battery-Supercapacitor for Superior Lithium Storage”为题发表在Nano Energy(《纳米能源》)上 (2017, 34, 205-214; DOI: 10.1016/j.nanoen.201702028;文章链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.02.028) 。Nano Energy是纳米能源领域顶尖期刊,2016年影响因子为11.553。该研究的第一作者为化科院博士后魏涛,共同第一作者是化科院硕士生张蜜。该论文是我校在Nano Energy发表的第一篇研究论文。

伴随着全球逐渐减少的不可再生能源和日益严峻的环境问题,开发高效、安全、清洁和可再生的新能源刻不容缓。目前最主要的两种电化学储能装置是超级电容器(Supercapacitor)以及锂离子电池(Lithium battery),但是由于储能机理的不同,超级电容器具备高的功率密度,能量密度却很低;锂离子电池具备高的能量密度,却不具备很高的功率密度。因此,如何将二者优势相结合,开发同时具备高功率密度和能量密度的新一代锂离子电池材料成为各研发机构的重点之一。

兰亚乾课题组巧妙地利用多酸基金属-有机骨架/还原石墨烯复合材料作为锂离子电池的负极材料,通过简单的一锅法得到了均匀负载在还原石墨烯上的多酸基金属-有机骨架纳米复合材料(NENU-9/RGO)。多酸基金属-有机框架材料兼具金属-有机骨架化合物和多酸的优点。金属-有机骨架材料提供规则排列的孔道,可有效缓解充放电过程中由于锂离子的嵌入脱出造成的体积变化,为循环稳定性提供保障;单个多酸中的金属离子(Mo和V)可逆的发生氧化还原反应最多可储存22个锂离子,同时RGO可有效增强电极材料的电子导电率。因此,NENU-9/RGO用作锂离子电池的负极材料时,在50 mA g-1的电流密度下充放电时,可逆容量超过1000mAh g-1,在3000 mA g-1的大电流密度下充放电400周后,容量保持率达105 %,是目前所有报道的基于多酸或者MOF材料中性能最为优异的。通过实验和理论计算还可以知道,如此优异的性能得益于电池和超级电容的共同贡献,其中电容贡献的容量占总容量的69 %。该工作为设计合成新型高性能锂电电极材料,理解结构和性能的关系提供了新的思路。
 

发布时间:2017/04/11 浏览次数: