化工与化学学院王振波教授团队在钠离子电池正

2022-10-15 03:31:30 86

哈工大全媒体(王振波 文/图)近日,我校化工与化学学院王振波教授团队在钠离子电池正极材料研究领域取得重要进展。研究成果以“为高电压型氟磷酸钒钠Na3V2(PO4)2F3正极构建稳定的阴离子调谐电极/电解质界面以应用于热调制快充电池”(Constructing Stable Anion-Tuned Electrode/Electrolyte Interphase on High-Voltage Na3V2(PO4)2F3 Cathode for Thermally-Modulated Fast-Charging Batteries)为题发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie)上。研究成果有望为新一代大规模储能系统的钠离子电池技术的发展与应用提供新思路。

以可接受的成本实现能源清洁高效利用是达成“双碳”目标的重点和难点之一。钒基聚阴离子型化合物因其工作电压高、结构稳定性好,被认为是一种极具潜力的钠离子电池正极材料。然而,在高温环境条件下,高电压型钒基钠电正极材料容量衰减迅速,并伴随剧烈产气等安全性问题,严重限制了该种正极材料的实际应用。       

为改善电极/电解质界面相容性,王振波教授团队采用合理利用电解质浓度效应以整合溶剂化结构,进而调节电极/电解质界面相的组成、分布与性质的串联改性策略,在高电压型钒基钠电正极上成功构造了厚度更均匀、性质更稳定的阴离子调谐型电极/电解质界面相。分子动力学计算模拟进一步证实了该改性策略的合理性。团队通过高分辨飞行时间二次离子质谱技术和控制单变量的对比实验发现,电极/电解质界面相中的过量阴离子衍生物是导致高电压型正极材料界面不稳定、电化学性能劣化的关键诱因。而通过电解质溶剂化结构的重组来避免该种阴离子衍生物生成,或通过特殊处理使该种副产物原位分解,可有效改善钒基正极材料的循环稳定性和界面反应动力学。

化工与化学学院2019级博士研究生邓亮为论文第一作者。王振波教授、化工与化学学院赵磊副教授、华侨大学阙兰芳副教授为共同通讯作者。我校为第一通讯单位。华侨大学玉富达副教授,我校化工与化学学院孙刚博士,博士研究生夏洋、姜云山、郑胤岐、孙美岩为共同作者。

王振波教授长期从事能源转化与存储领域的相关研究。研究团队在低温燃料电池催化剂、锂电池正极材料、锂(钠)离子混和电容器等领域的多项研究成果发表在《自然催化》(Nature Catalysis)、《德国应用化学》(Angewandte Chemie)等期刊,已申请国家发明专利59项、获授权41项。

近日,团队两项研究成果分别以“通过电子离域调节钴活性中心电子轨道的占有率和能级以增强双功能氧催化活性”和“通过界面相调控抑制高电压的锰溶解”为题,发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上,分别揭示了双功能催化剂性能对电子轨道占有率和能级水平的依赖性、锂离子电池高压镍锰酸锂正极材料中的锂锰反位可提高尖晶石结构稳定性的作用机制。以上研究获得国家自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金支持。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213416