唐有根教授团队在Adv Energy Mater在线发表最新钠电研究成果

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材料和能源类的国际知名期刊Adv. Energy. Mater（IF=21.875）在线发表了我校化学化工学院唐有根教授和王海燕副教授研究团队在高能高功率钠离子电池负极材料方面的最新研究进展“New Binder-Free Metal Phosphide–Carbon Felt Composite Anodes for Sodium-Ion Battery” （2018,DOI:10.1002/aenm.201801197)。论文第一作者是我校2014级博士生孙旦，该论文是在化学化工学院王海燕、唐有根和澳大利亚昆士兰大学王连洲教授合作指导下完成的。

钠离子电池由于成本低廉，且在大规模储能领域具有良好的应用前景，是目前的研究热点之一。开发低成本，具有高能量密度和长循环寿命的新型负极材料是构建高性能钠离子电池的关键。金属磷化物因具有理论容量高，成本低廉等优点，是较有前景的一类负极材料。然而，其较低的固相离子扩散速率及充放电过程巨大的体积膨胀使得该类材料循环寿命差，且倍率性能不佳。鉴于此，团队从电极结构设计的角度出发研发了一种新型自支撑介孔金属磷化物阵列@碳毡（CF）复合电极，该电极具有如下优势：1）丰富的介孔结构不仅可克服循环过程中材料的体积膨胀，同时有利于电解液与电极的充分接触；2）活性物质一次粒子尺寸仅~10nm，可极大地缩短钠离子在固相中的扩散距离；3）三维导电网络结构有利于电子的快速传输，促进嵌钠电化学反应；4）自支撑结构可避免电解液与添加剂（如导电剂，粘结剂等）之间的副反应。作者制备了包括微米线，立方体和纳米片在内的三种不同形貌的介孔金属磷化物阵列@碳毡复合电极（CoP4<CF，FeP4/CF，NiPx/CF），电化学测试结果显示，该类介孔阵列电极具有优异的倍率性能和超长的循环寿命，在1000次循环后的容量保持率仍超过90%。作者组装了扣式CoP4/CF/Na3V2(PO4)2F3钠离子全电池，能量密度高达280 Wh/kg，同时组装了柔性软包电池，显示了优异的机械性能，该复合电极在柔性钠离子电池领域具有良好的应用前景。该工作初步解决了金属磷化物循环寿命短的问题，也为新型钠离子电池高容量负极的设计提供了一种新思路。
上述工作同时获得了国家自然科学基金，湖南省科技重大专项，中南大学升华育英计划和中南大学第四批创新驱动计划的大力支持。