高能量、长寿命的水系可充放镍铋电池研究新进展发表于《Adv. Mater.》

稿件来源:院办 发布人:李心宇 编辑:院办 发布日期:2018-12-06

        随着电动汽车和各种智能设备的快速发展,具有良好安全性、高功率/能量密度的新型先进能量存储装置成为研究的热点。相比锂离子电池,水系可充放电池因为安全性高、成本低廉、离子导电率高以及倍率性能好等优点受到了研究人员的广泛关注。为了实现高能量、安全可靠的水系可充放电池,亟待开发一种高倍率、高容量、稳定的负极材料。而高导电性的金属铋在水性溶液中具有高度可逆氧化还原反应和合适的负电位窗口,因此Bi有望作为一种水系溶液中高性能的电极材料。然而,目前报道的金属Bi电极的容量和循环稳定性都有待提高。

 

图1

1. 多孔铋-碳复合材料和所研发的镍铋电池的面积容量和质量比电容

 

        卢锡洪副教授团队利用三维高结晶度的Bi纳米结构抵消储能转换反应引起的结构内应力,成功构筑了首款可充放的Ni//Bi电池(Adv. Mater., 2016, 28, 9188–9195.)。为了进一步提高镍铋电池的能量密度和寿命,该团队在前期基础上最近通过原位活化的策略制备了一种高载量的三维多孔的铋-碳复合材料,作为水系镍铋电池的高性能负极材料。这种多孔氮掺杂的碳三维结构不仅可以实现高载量铋的均匀负载,而且可以提供快速的电子传输和离子扩散的通道,有利于提高电极的容量和倍率性能。因此,制备的铋-碳复合电极具有很好的润湿性和活性面积,表现出较高的容量(2.11 mAh cm-2166.2 mAh g-1)和优异的倍率性能(2.11 mAh cm-2120 mA cm-2)。更重要的是,基于这种铋-碳复合材料为负极,Ni-NiO为正极组装的柔性镍铋水系可充放电池具有很高的能量密度(16.9 mWh cm-3)和出色的循环寿命(充放电5000次后仍有94%的容量保持率),优于很多研究报道的水系电池。相关成果以“In Situ Activation of 3D Porous Bi/Carbon Architectures: Toward High-Energy and Stable Nickel–Bismuth Batteries”为题发表在研究成果发表在知名学术期刊Adv. Mater.上(Yinxiang Zeng, Ziqi Lin, Zifang Wang, Mingmei Wu, Yexiang Tong, and Xihong Lu*. Adv. Mater., 2018, 30, 1707290)。

 

        上述研究工作得到了广东省自然科学杰出青年基金、广东省特支计划科技创新青年拔尖人才项目、国家重点研发项目、广州市珠江科技新星专项等项目的资助等项目的资助。

 

        文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201707290