中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳（第一單位通訊作者）及其研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合湖南大學(xué)教授馬建民（合作單位通訊作者）和吉林師范大學(xué)教授楊景海（合作單位通訊作者）通過自模板法，成功制備出三維多孔微晶碳材料用于雙離子電池正極，且容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)。相關(guān)研究成果以High-Performance Cathode based on Self-Templated 3D Porous Microcrystalline Carbon with Improved Anion Adsorption and Intercalation（《自組裝合成的三維多孔微晶碳作為高性能正極以提升陰離子吸附和插層性能》）為題在線發(fā)表于國(guó)際材料期刊Advanced Functional Materials（《先進(jìn)功能材料》）（DOI: 10.1002/adfm.201806722）上。
雙離子電池具有成本低和環(huán)境友好的特點(diǎn)，最近受到極大的關(guān)注。雙離子電池的正極通常采用石墨，依靠陰離子的插層/脫嵌實(shí)現(xiàn)充放電。由于陰離子尺寸往往較大，導(dǎo)致陰離子插層石墨的容量有限。同時(shí)，傳統(tǒng)石墨在插入陰離子后會(huì)發(fā)生體積膨脹，導(dǎo)致石墨剝離，最終造成容量的迅速衰減。此外，對(duì)于傳統(tǒng)的石墨材料，陰離子的插嵌過程僅限于石墨顆粒的邊緣，造成電池充放電倍率性能不足。
基于上述考慮，唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成員張閣(第一作者）、歐學(xué)武(共同一作）、崔春雨(共同一作）等人設(shè)計(jì)并通過自模板法制備了一種三維多孔微晶碳。這種具有微晶結(jié)構(gòu)和一定表面積的碳材料不僅有利于陰離子的插層，同時(shí)有助于陰離子的吸附，從而能夠顯著提升正極的容量。另外，多孔結(jié)構(gòu)增加了陰離子插層和吸附的位點(diǎn)，有效提高了雙離子電池的充放電速率；而三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠在一定程度上緩解陰離子插層造成的體積膨脹，改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。以此碳材料作為正極的鈉基雙離子電池，在0.3 A g-1的電流密度下，其放電容量可以達(dá)到168.0 mAh g-1，為目前所報(bào)道的最好性能之一。同時(shí)，在1 A g-1的電流密度下循環(huán)2000次后，其容量保持率為70％。該研究為發(fā)展高性能的雙離子電池正極材料提供了新的思路。
該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)青項(xiàng)目、中科院STS項(xiàng)目、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。
（a）基于多孔微晶碳的雙離子電池結(jié)構(gòu)示意圖；（b）多孔微晶碳的掃描電鏡圖；（c）多孔微晶碳的透射電鏡圖；（d）電流密度0.3 A g-1下的充放電曲線；（e）基于多孔微晶碳的鈉雙離子電池的循環(huán)性能曲線（電流密度1 A g-1）。
