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【牧星·问高】我校王波教授团队在钾离子电池碳负极材料领域取得重要进展

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近日,我校材料学院王波教授带领的科研团队在钾离子电池碳负极材料领域取得重要进展,相关研究在《纳米能源》(Nano Energy,2020,104979,DOI:org/10.1016/j.nanoen.2020.104979)正式发表。该期刊是爱思唯尔出版社旗下顶级期刊,2018年影响因子为15.548。



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近年来,钾离子电池因原料储量丰富、价格低廉且具有较低的氧化还原电位等优点,成为能源存储领域的研究热点,有望成为锂离子电池的替代储能系统。碳材料由于高的电子电导率以及可调的层间距离等优势在钾离子电池负极材料中占据重要的地位,但是过多固体电解质界面膜(SEI)的形成消耗了大量的电解液并导致较高的不可逆容量。构建均匀合理的SEI膜来稳定活性材料和电解质之间的界面,可以防止电子渗透,同时允许K离子顺畅的嵌入/脱出,将在很大程度上提升电池性能。

基于以上科知识题,王波团队开发了一种具有稳定SEI膜的柔性无定型碳纤维(CAPC1100),相关成果以“Rational Formation of Solid Electrolyte Interface for High-Rate Potassium Ion Batteries”为题发表在期刊Nano Energy。该项工作成功地获得了在表面具有SiO2和MgO纳米粒子的P-S共掺杂柔性碳纤维薄膜。在硬碳材料表面,SiO2和MgO纳米颗粒均匀分布并形成了厚度为2-4 nm的SEI膜。这种SEI膜不仅可以保护电解质免于连续分解,而且还可以防止电子渗透,并同时实现K离子顺畅的嵌入/脱出。另外,P-S共掺杂可以增强K离子的吸附能力,同时提高电导率。因此,CAPC1100电极显示出优异的电化学性能。这项工作为开发高倍率储能和低成本的柔性电极提供了新思路。

2019年至今以来,王波教授团队围绕锂离子/钾离子电池正负极材料和全固态电池固体聚合物电解质可控制备等方面取得了一系列进展,先后在Nano Energy、JMCA、Carbon、Electrochimica Acta、Chem-Eur J、Chem-Asian J、Nanotechnology、JAC等刊物上发表10余篇。上述研究得到国家自然科学基金,河北省自然科学基金,河北省高等学校自然科学基金和河北省重点研发计划的支撑。

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