分享好友 新闻中心首页 新闻中心分类 切换频道

西安交大科研人员在钾离子电池领域取得重要进展

2021-02-22 08:4611481西安交通大学
由于地壳中锂资源(0.0017 wt%)和钴资源(0.001 wt%)非常有限且分布不均,难以满足当今高速发展的电动汽车等市场对高比能电池的迫切需求,钾离子电池(PIB)被认为是在低速电动车和规模储能等应用中部分替代锂电池的有力竞争者。然而,循环应力导致的电极材料结构破坏和钾离子(K+)在电池中的电极反应和扩散动力学受限等问题阻碍了钾离子电池的实用化进程。在已知的各类电极材料中,过渡金属氧化物和硫属族化合物具有较高的理论比容量(通常大于400 mAh/g)。其中,来源广泛、成本低廉且低毒性的铁基材料备受研究者青睐。但受其本征物理化学的限制,难以兼顾快速的电荷传导与结构稳定性。清楚了解钾离子与电极材料活性物质之间的电化学反应机理与反应中间相的特征,是设计高性能电极材料的关键,但目前人们对其认知还十分有限。


针对上述问题,西安交通大学化学学院高国新副教授、丁书江教授与剑桥大学石墨烯中心郗凯博士合作,采用一种新颖的“吹泡泡”法制备出氮掺杂碳包覆的铁基硫属族化合物二维纳米复合材料(FeS2@NC),表现出优异的钾离子电池性能和应用前景。在0.1 A/g电流密度下进行钾离子半电池充放电测试,可逆比容量达到525.5 mAh/g;在10 A/g的高电流密度下的可逆比容量仍有154.7 mAh/g,循环寿命长达5000圈。与正极匹配后的钾离子全电池经120次循环后,容量保持率超过88%,库仑效率超过99.9%。密度泛函数(DFT)计算表明,硫化铁(FeS2)比硒化铁(FeSe2)表面更有利于钾离子的吸附和扩散,嵌钾中间相对钾离子吸附更强;氮掺杂碳包覆层进一步增强了电极材料和钾离子的相互作用。本工作提出的高性能电极材料设计思想和电化学反应机理研究为开发可实用化高性能电极提供了借鉴。

以上研究成果以“Blowing Iron Chalcogenides into Two-Dimensional Flaky Hybrids with Superior Cyclability and Rate Capability for Potassium Ion Batteries”为题发表在国际知名期刊《美国化学学会纳米》(ACS Nano,IF = 14.588)上。西安交通大学化学学院硕士生吴虎为本文第一作者,西安交通大学为第一署名单位。该研究工作也是高国新副教授、丁书江教授和郗凯博士继高比能钠离子电池(Nano Energy, 2019, 59, 762-772)、功能化隔膜抑制锂硫电池中穿梭效应和枝晶生长(ACS Nano, 2020, 14, 9819-9831)、钠离子电池中的相界面设计(Nano Research, 2020, 3. 2289-2298)等研究工作后在新能源电池领域合作发表的又一重要研究成果,得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金和西安市新能源材料重点实验室基金的支持,西安交通大学分析测试共享中心也为该研究的表征提供了大力支持。 
点赞 0
举报
收藏 0
评论 1
分享 182
更多相关评论(1)
西安交大宋江选教授团队在水系有机液流电池领域取得系列重要进展
在“双碳”战略驱动下,如何把风电、光伏这些“看天吃饭”的清洁电力安全、便宜、持久地存起来,是构建新型能源体系需要跨越的关键关口。水系有机液流电池因其本征安全、成本低、功率与容量可独立设计,被公认为大规模储能最有前景的技术路线之一。然而,要让这种电池真正走向实用,必须在“高比能”与“长寿命”之间找到兼

0评论2026-11-06184

陕西旭强瑞与西安交大签约!氢能与低碳技术研究院揭牌
4月27日,陕西旭强瑞清洁能源有限公司与西安交通大学举行战略合作签约仪式,并成立氢能与低碳技术研究院,实现了韩城市氢能产业链发展新突破,标志着韩城市朝着深度融入秦创原迈出了坚实一步。仪式上,旭强瑞公司介绍了氢能发展规划。据了解,双方将立足陕西

0评论2022-05-051112

西安交大召开国家储能技术产教融合创新平台建设研讨会
4月8日上午,国家储能技术产教融合创新平台建设研讨会召开。中国华电集团有限公司党组书记、董事长温枢刚,西安交通大学校长王树

1评论2021-04-139661

西安交大王建学:调峰市场应该引入“两部制” 辅助服务要分摊到用户侧
辅助服务市场推行难度较高,因为辅助服务技术上有复杂性,市场上有相互耦合性。辅助服务市场价格合理、运行平稳,是电力市场化改

0评论2020-09-294244

西安交大与焦作煤业签约共建先进物理储能技术试验基地
由焦作煤业(集团)有限责任公司与西安交通大学签署的共建先进物理储能技术试验基地合作协议项目,将重点围绕储能领域,结合双方

0评论2020-06-171436

全国首个储能科学与工程专业落户西安交大 中科院院士何雅玲任专业负责人
近日,教育部印发《教育部关于公布2019年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》,西安交大申请增设的全国第一个且唯一一

0评论2020-03-111431

西安交大钙钛矿太阳能电池研究取得新进展
有机-无机杂化钙钛矿材料由于具有吸收系数高,激子束缚能低和载流子寿命长,且元素储量丰富和价格低廉等优点,已经迅速成为光电

1评论2019-09-2910563