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上海硅酸盐所在氟基储能材料研究中取得进展-
2022-04-04 [90691]
本文摘要:近日,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟率领的团队在氟基储能材料研究中获得新进展,他们首次明确提出立方钙钛矿相可用作高倍率储钠电极,在不明显转变配体链接方式的情况下,仅有通过操控地下通道填满才可构建未知结构原型的进框架化,取得了具备出色电化学性能的钠离子电池负极材料,涉及论文在线公开发表在《先进设备功能材料》上。

近日,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟率领的团队在氟基储能材料研究中获得新进展,他们首次明确提出立方钙钛矿相可用作高倍率储钠电极,在不明显转变配体链接方式的情况下,仅有通过操控地下通道填满才可构建未知结构原型的进框架化,取得了具备出色电化学性能的钠离子电池负极材料,涉及论文在线公开发表在《先进设备功能材料》上。钠离子电池由于资源非常丰富、价格低廉和潜在的倍率性能优势,在静态储能市场具有普遍的应用于前景。

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电极材料在循环过程中的互为改变诱导和固溶反应区间的拓展不利于高倍率和宽循环的构建。然而许多未知的矿物互为及其衍生物由于在电化学过程中预示着新互为界面的产生,无法构建其晶格内的简洁钠离子蔓延,大尺寸钠离子被迫通过更高能垒的固相界面,因此甚至在较低倍率下也可造成容量和循环寿命的波动。转变配体链接方式不利于构筑具备更加多维度的宽阔迁入地下通道,恶化静电学界面的产生,这一策略已被顺利应用于铁基氟化物负极材料。

氟化铁具备潜在的能量密度优势,然而商业上ReO3相的离子通道较宽,本征导电亲率也较好,即使在大量掺入碳和增大颗粒尺寸的情况下,也无法减轻其储钠性能的波动。通过调节Fe-F八面体的排序方式和引进水分子作为地下通道填满剂,一些进框架的矿物互为,如烧绿石互为FeF3·0.5H2O、六方钨青铜互为FeF3·0.33H2O和四方钨青铜互为K0.6FeF3,被陆续找到并应用于钠离子电池负极材料,它们的储钠电化学即使在少量掺入碳和大颗粒不存在的情况下依然获得转录,然而它们的倍率性能还有待提高,因此探寻新型结构原型和矿物互为,对发展钠离子电池高倍率氟基负极材料至关重要。立方钙钛矿是近年来太阳能电池、燃料电池和电催化的研究热点,但之前由于其契结构特点很少被尝试用于储能电极。

事实上,强壮构架的钙钛矿互为具备本征的三维蔓延地下通道,但是以前报导的NaFeF3中的Na填满地下通道较宽,造成Fe-F八面体晶格变形,使某些方向的地下通道显得更加较宽,影响其储钠高倍率的构建。为了构建钙钛矿相的规整简化和进框架化,该团队明确提出用等摩尔数的K+代替Na+作为地下通道填满剂,通过液相方法制备了一种立方相的KFeF3。

KFeF3作为3V区间负极,构建了晶体结构的高度对称性和各向同性的三维较慢离子通道,其展现出出固溶反应(将近零形变)的电化学不道德和低的本征扩散系数(7.9–9.8×10-11cm2s-1),从而使共轭储钠容量在0.1、2和10C下分别平均110、70和40mAhg-1,这也是目前所报导的氟化物储钠的最低倍率性能。同时,该团队首次将这一氟化物作为钾离子电池负极材料展开测试,在0.5C上有60mAh/g的平稳静电容量。

该研究工作获得了中科院百人计划、国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助和反对。


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