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500次循環(huán)后放電效率仍接近100% 高性能鋰存儲(chǔ)材料研究獲突破

科技日?qǐng)?bào)發(fā)布時(shí)間:2021-05-26 09:17:23  作者:趙漢斌

  記者5月23日從云南大學(xué)了解到,該校材料與能源學(xué)院郭洪教授團(tuán)隊(duì)在共價(jià)有機(jī)框架新能源存儲(chǔ)材料方面取得突破性進(jìn)展,為開發(fā)低成本、持久循環(huán)穩(wěn)定、高容量和可逆性充電電池的有機(jī)電極材料提供了一種新策略。國(guó)際著名期刊《先進(jìn)功能材料》發(fā)表了這一成果。

  當(dāng)前,開發(fā)高性能、可持續(xù)的綠色電極材料對(duì)鋰離子電池的發(fā)展至關(guān)重要。作為一種高性能的能量存儲(chǔ)裝置,鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于各類移動(dòng)電源和其他可再生清潔能源載體上。

  與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)化合物相比,共價(jià)有機(jī)框架是一類組分結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、強(qiáng)穩(wěn)定性的多孔晶態(tài)框架材料,因其功能性有機(jī)單元的框架結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出開放的離子和電子傳輸通道,近年來(lái)出現(xiàn)在電化學(xué)儲(chǔ)存的舞臺(tái)上。作為一種理想的鋰儲(chǔ)存電極材料,共價(jià)有機(jī)框架仍存在許多亟待解決的問題,如較低的氧化還原位點(diǎn)利用率,直接影響了其可逆儲(chǔ)能容量。因此,如何精確設(shè)計(jì)原子層結(jié)構(gòu)的共價(jià)有機(jī)框架分子結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)材料結(jié)構(gòu)層間或內(nèi)部活性儲(chǔ)鋰位點(diǎn)的充分激發(fā)與利用,將對(duì)共價(jià)有機(jī)框架類材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用開辟新的思路。

  針對(duì)這些問題,課題組首次提出了羰基和氰基雙重有效氧化還原位點(diǎn)修飾的原子層共價(jià)有機(jī)框架,并成功應(yīng)用于鋰離子電池正極材料中。他們?cè)谇捌谘芯炕A(chǔ)上,通過分子層面的設(shè)計(jì),構(gòu)建了獨(dú)特的類花瓣二維原子層共價(jià)有機(jī)框架,具有較高的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,引入原子層結(jié)構(gòu)調(diào)控的羰基和氰基雙活性位,可顯著增強(qiáng)共價(jià)有機(jī)框架用作鋰離子電池正極的電化學(xué)活性和容量。

  課題組通過機(jī)械剝離的方法,將團(tuán)簇狀具有光導(dǎo)性的共價(jià)有機(jī)框架材料剝離,得到原子層共價(jià)有機(jī)框架材料。當(dāng)其作為鋰離子電池正極時(shí),在200毫安時(shí)/克的電流密度下,經(jīng)過500次循環(huán),仍保持96毫安時(shí)/克的高容量,放電效率接近100%,原子層共價(jià)有機(jī)框架材料的電化學(xué)性能,優(yōu)于最新報(bào)道的其他同類有機(jī)化合物。

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