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  • 基于内嵌锌单原子碳纳米管诱导“封装”式储钠

    发布日期:2022-07-06     浏览次数:次   

    近日,我院董全峰教授课题组和材料学院王鸣生教授课题组合作在碳纳米管封装式储钠的研究中取得重要进展,相关研究 “An encapsulation-based sodium storage via Zn-single-atom implanted carbon nanotubes” 于近日发表在Advanced Materials上(DOI10.1002/adma.202202898)。

    当前,大规模储能的迫切需求和锂资源相对短缺的现状,使得钠基电池成为电化学储能领域的热点。金属钠具有高容量和资源丰富的优势,但其充放电过程中的枝晶问题、不稳定的固体电解质中间相(SEI)和剧烈的体积变化会导致电池性能的快速劣化及潜在的安全隐患。为了克服上述问题,最近,研究团队研发了一种单原子掺杂管状材料,以实现钠的“封装”式存储,从而获得能够在大电流密度下长期稳定循环的钠负极。

    本工作在前期相关研究的基础上,设计并合成了管壁内嵌锌单原子的空心碳管(ZnSA-HCNT),实现了金属钠在管中高度可逆的沉积和溶出。锌单原子分布能够提供丰富的亲钠位点,显著降低了钠沉积的成核势垒;胶囊状纳米管材料则提供了充足的钠存储空间。从而实现大容量、快速度、高可逆的钠封装。通过原位透射电子显微镜,可以观察到金属钠能够快速封装入中空碳管内且可以实现在多个管中的传输而无需与电解质直接接触。最终,基于ZnSA-HCNT的快速封装行为实现了钠金属负极在大电流密度(10 mA·cm-2)下长期稳定循环的目标,同时这种策略也为锂/钠金属负极的保护提供了新的见解和思路。

    该工作在董全峰教授、郑明森教授以及材料学院王鸣生教授的共同指导下完成。我院2019级博士生厉昕、材料学院2019级博士生叶伟彬、我院2017级博士生徐攀为论文的共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金委(项目批准号:U1805254217731922207211722179112)的资助。

    论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.20220289

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