穩(wěn)定鋁離子電池: 非石墨體系自支撐，無(wú)粘結(jié)劑，多級(jí)孔結(jié)構(gòu)正極

2018-01-30 08:53:26 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

隨著人們對(duì)于儲(chǔ)能器件日益增長(zhǎng)的需求和相對(duì)稀缺和分布不均的鋰資源，人們開(kāi)始考慮新一代的儲(chǔ)能電池來(lái)代替當(dāng)前廣泛商業(yè)化的鋰離子電池。

隨著人們對(duì)于儲(chǔ)能器件日益增長(zhǎng)的需求和相對(duì)稀缺和分布不均的鋰資源，人們開(kāi)始考慮新一代的儲(chǔ)能電池來(lái)代替當(dāng)前廣泛商業(yè)化的鋰離子電池。鋁離子電池憑借其豐富的資源分布，便宜的價(jià)格和相對(duì)安全受到了廣泛的關(guān)注和研究。初期的鋁電池研究偏重于以鋁鹽水溶液為電解液體系的水系鋁離子電池，但是所使用的電解液對(duì)于負(fù)極鋁的腐蝕嚴(yán)重影響了電池的使用壽命和穩(wěn)定性。針對(duì)這些問(wèn)題，新型甲基咪唑鹽類(lèi)離子液體電解液的提出和運(yùn)用，鋁離子電池的性能得到了大幅度的提升。但是目前的研究尚處于初期階段，不僅當(dāng)前以石墨類(lèi)正極為研究重點(diǎn)的鋁電池的放電容量（70-150 mAh g-1）有待提高，而且鋁電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電極副反應(yīng)等都是目前研究遇到的難題。所以開(kāi)發(fā)更多合適做為鋁離子電池正極材料是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

針對(duì)以上問(wèn)題，昆士蘭大學(xué)王連洲課題組胡宇翔等研究人員和南京航空航天大學(xué)彭生杰教授課題組合作，設(shè)計(jì)了一種具有出色機(jī)械柔性和多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的非石墨類(lèi)自支撐，無(wú)粘結(jié)劑電極（Co9S8@CNT-CNF），并首次運(yùn)用在鋁離子電池中。這一正極材料憑借自身結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)有效避免了普通電極的集流體和粘結(jié)劑在鋁離子電池中的副反應(yīng)對(duì)整體電池性能的影響。加上其多孔和碳支持的整體結(jié)構(gòu)有利于電解液滲透、更多反應(yīng)位點(diǎn)暴露和反應(yīng)電子傳輸，極大的加快了電極動(dòng)力學(xué)的過(guò)程。在100 mA g-1電流密度下初始放電容量高達(dá)315 mAh g-1，并且在200圈循環(huán)后依舊保持297 mAh g-1的容量。即使把充放電速度提高10倍在1 A g-1的電流密度下，初始放電容量依舊在154 mAh g-1并且在長(zhǎng)達(dá)6000圈的循環(huán)后依舊保持87 mAh g-1的容量，是目前報(bào)道的最為穩(wěn)定的非石墨類(lèi)鋁電池材料之一。文中通過(guò)對(duì)循環(huán)后電極的系統(tǒng)表征和與初始電極的對(duì)比也論證了這一正極材料在鋁離子電池中的出色電化學(xué)穩(wěn)定性機(jī)理。綜上，這一新型的自支撐，無(wú)粘結(jié)劑電極（Co9S8@CNT-CNF）是一類(lèi)具有較好前景的鋁離子正極材料，也為之后鋁離子正極材料的探究提供了一條借鑒思路。相關(guān)文章在線發(fā)表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201703824）上。

責(zé)任編輯：售電衡衡

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