物理学院先进材料与储能器件团队在能源存储领域研究取得新进展

锂电池 的发展因其能量密度提升缓慢，成本居高不下，在快充、温度适应、大规模应用（电动汽车、储能）以及资源丰度方面遇到了挑战。因此寻找新的二次电池技术成为重要研究方向。近期，物理学院先进材料与储能器件团队张文明教授、李战雨博士等人在此方面研究取得一系列新进展。

该团队利用静电纺丝技术结合原位生长及高温热解工艺，设计合成出系列多功能纳米催化剂：类千层草结构的CoNC/NCNTs@CNF、三维结构的Co ₉ S ₈ -MoS ₂ @N-CNAs@CNFs、CoNi alloy/NCNSAs/CC、CoN _x C@CNFs和一维结构的Co ₃ O ₄ /Mn ₃ O ₄ /CN _x @CNFs。这些催化剂不仅成本低廉、制备工艺简单，而且得益于它们的多级结构和丰富的活性位点，表现出优异的析氢、析氧和氧还原性能，使锌空气电池性能大幅提升，最高功率密度可达308 mW cm ^-2 ，远优于商业铂碳催化剂，且价格低廉，具有良好的市场应用前景。相关工作发表在 ACS Appl. Mater. Inter. 2020 , 12, 10280; Compos. Part B-Eng. 2020 , 193, 108158; J. Energy Chem. 2020 , 51, 323等期刊。

此外，该团队通过对电极材料的微纳结构精准设计和可控制备方法的创新，研发出系列低成本、高比容量和高稳定性的新型离子电池电极材料：细菌纤维素衍生的Co ₃ O ₄ @N-CNFs、三维结构的中空碳纤维负载NiCo ₂ S ₄ 、一维碳纳米纤维镶嵌碳包覆CoS ₂ 纳米粒子、膨胀石墨，实现了电池的能量密度和功率密度显著提升，可使钠离子电池在100 mA g ^-1 下的首圈放电比容量达到876 mAh g ^-1 ，在3.2 A g ^-1 下循环1000次后仍保持148 mAh g ^-1 的比容量。同比条件下极大降低了新型离子电池的成本。相关工作发表在 Chem. Eng. J. 2020 , 380 , 122548; J. Power Sources 2020 , 467 , 228323等期刊。

ACS Appl. Mater. Inter. 、 Compos. Part B-Eng. 、 J. Power Sources 、 Chem. Eng. J. 、 J. Energy Chem. 等均为能源和材料领域的国际著名期刊（JCR一区top期刊）。以上工作得到了光学工程一流学科建设经费、国家自然科学基金、河北省杰出青年基金、河北省青年拔尖人才支持计划、河北大学高层次引进人才项目等资助。

全文链接：

1 ACS Appl. Mater. Inter. 2020 , 12, 10280

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b19193

2 Compos. Part B-Eng. 2020 , 193, 108158

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108058

3 J. Energy Chem. 2020 , 51, 323

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.04.067

4 J. Power Sources 2020 , 467 , 228323

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228323

5 Chem. Eng. J. 2020 , 380 , 122548

https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122548  

                                                                                                                                        （物理学院、科学技术处供稿）