北化宋怀河教授团队在高密度石墨烯负极/硅炭负极材料取得进展

2020-06-16

1、高密度石墨烯钠离子电池负极材料

近日,北京化工大学宋怀河教授课题组联合新疆大学张苏副教授和俄罗斯科学院尼古拉耶夫无机化学研究所的Alexander V. Okotrub教授课题组,报道了一种通过简单球磨法对石墨烯中的缺陷结构进行设计和调控的策略,所制备的缺陷炭作为储钠材料表现出超高的质量和体积比容量以及优异的倍率性能。该研究成果以”Modulating the Defects of Graphene Blocks by Ball-Milling for Ultrahigh Gravimetric and Volumetric Performance and Fast Sodium Storage”为题目发表于Energy Storage Materials(CiteScore=15.09)上,论文第一作者为北京化工大学博士生董玥,通讯作者为北京化工大学宋怀河教授和新疆大学张苏副教授。

图1球磨过程石墨烯形貌和结构转变示意图:球磨过程在EG的片层内和边缘上引入大量缺陷,同时材料尺寸减小、厚度增大,片层发生弯曲和折叠,层间距减小、

图2 EG,DGB和石墨的(a)CV曲线和(b)恒流充放电曲线;(c)DGB不同扫速下的CV曲线;(d)EG,DGB和石墨的倍率性能;(e)DGB与其他炭材料倍率性能比较;(f)EG,DGB和石墨的阻抗谱图;(g)DGB循环性能;(h)DGB与石墨烯、硬炭、软炭性能比较。

2、在硅炭负极材料研究方面取得新进展

最近,宋怀河教授课题组在《Energy Storage Materials》上发表了题为“One-step synthesis of spherical Si/C composites with onion-like buffer structure as high-performance anodes for lithium-ion batteries” (24, 312-318 (2020))的研究论文,硕士生王登科为本文第一作者。

图1. 洋葱型Si/C复合微球的形成示意图

他们利用一种简单的一步注射热解法合成出具有洋葱型缓冲结构的硅碳复合材料,其中纳米的硅颗粒被成功的封装进洋葱型的碳包覆层中,该洋葱型结构能非常有效的缓冲硅的体积膨胀,改善硅材料的电化学性能。通过控制原材料中硅源和碳源的比例制备了四种不同硅含量的复合材料,其中硅含量约为54%的复合材料(P3)在200mA/g 的电流密度下循环400圈之后仍能保持1391mAh/g的比容量,同时在倍率性能测试中也表现优异, 在2A/g 电流密度下容量保持率为63.9%(相对200 mA/g)。

图2.(a)CV曲线,(b)充放电曲线,(c)倍率性能曲线和(d)循环曲线