研究人员通过对石墨炔材料在快充条件下与锂离子的作用机制研究进一步验证了该概念。在嵌锂过程中,石墨炔丰富的炔键在与锂离子相互作用下向烯键转化,具有不同键长的炔键-烯键互变引起石墨炔内孔洞孔径的转变,从而实现锂离子传输通道的可逆自扩张,并显著降低锂离子在石墨炔内的扩散能垒,大大提升锂离子的传输速率。以石墨炔作为快充电池负极解决了严重极化及析锂问题,并获得了优异的快充性能。在极速充电条件下(6C),石墨炔负极材料展现出高容量(342 mA h g-1)、长周数循环(15000周),并具有高的容量保持率。尤其在低温条件下(-10℃),石墨炔负极材料仍展现出优异的快充性能(6C条件下循环20000周,容量保持率为81.3%)。基于石墨炔组装的全电池(石墨炔||NCM622)在极速充电条件下(6C)循环500周仍具有83%的容量保持率。研究结果表明其性能显著优于已报道的快充负极材料。
该工作提出了全新的构筑快速离子传输通道的机理和概念,为设计制备新型快充电池电极材料提供了新的思路和策略,对未来发展稳定、高性能的快速充电电池具有重要指导意义。
上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东大学基础研究基金等多个项目资助。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202113313
文章来源:山东大学
国兴博士,山东大学前沿交叉科学青岛研究院教授,博士生导师,山东大学齐鲁青年学者,泰山学者。博士毕业于中国科学院化学研究所(师从李玉良院士),随后在美国亚利桑那大学,宾夕法尼亚州立大学从事博士后研究工作。近年来在新型能源材料及设备领域取得诸多高水平原创性工作,研究成果和创新性得到了国内外同行的广泛关注和高度赞许,已在Nature Energy,Nature Communications,Advanced Energy Materials, ACS Nano, ACS Energy Letters等国际主流学术期刊发表论文20余篇,引用次数2000余次。成果多次被Materials Today, NPG Asia Materials, NanoTech, Nature China等权威杂志作专题评述,并受到多家媒体及门户网站报道,包括ScienceDaily, Nanowerk, Nanotechnology Now, Phys.org等。担任多个国际重要学术期刊审稿人。