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我院助理教授杨帆与合作者在国际著名期刊《Energy Storage Materials》上发表论文
来源:   作者:   点击数:   日期:2022/09/01

近期,我院助理教授杨帆与合作单位,以“溶剂控制天然多芳烃分子缔合行为在硅纳米颗粒表面构筑类富勒烯弹性碳涂层以实现高性能锂离子负极”(Fullerene-like elastic carbon coatings on silicon nanoparticles by solvent controlled association of natural polyaromatic molecules as high-performance lithium-ion battery anodes)为题在Energy Storage Materials上发表最新研究成果。Energy Storage Materials是新能源与材料科学领域最负盛名的期刊之一。期刊主要报道储能材料的合成、制备、结构、性质、性能以和技术应用有关的重大新发现,及其用于可持续能源和发展的装置的策略和政策。2022年该杂志影响因子高达20.83(JCR Q1)。杨帆助理教授为该文章的共同第一作者和共同通讯作者。

硅是最有前途的锂离子电池负极材料之一,其理论容量高达3579 mAh g-1。但硅在锂化/去锂化过程中其巨大的体积变化会导致容量快速衰减。在电池循环过程中持续且有效地阻止Si基活性材料与电解质的直接接触是提升硅基负极循环稳定性的关键。利用简单的制备方法构建具有优异的力学性能的碳包覆层,使之能在Si的反复膨胀、收缩过程中保持结构稳定,对硅基负极的商业化有重要意义。

我院杨帆助理教授和南方科技大学徐政和院士共同提出了一种可低成本、大规模生产硅碳复合材料的新策略。2022足球世界杯官网中文版和南方科技大学的研究团队共同发现可通过调节重油中天然多环芳香分子(PAM)的缔合状态,在硅纳米颗粒上构建了一层具有高弹性的类富勒烯碳包覆层。这种碳层具有优异的力学性能,能在硅的反复体积变化中保持结构的稳定,进而保证了稳定的Si/电解质的界面以及活性材料良好的电接触。利用该方法制备出的类富勒烯碳包覆的硅纳米颗粒(Hept-SiNP)表现出良好的循环稳定性,在1C下循环600次后,其可逆容量为1230 mAh g-1,其容量保持率为94.6%。该新型复合材料的能量密度是现有的石墨类商业负极材料的三倍多。


这种合成方法大大降低了类富勒烯碳的制备难度,并使得碳包覆硅阳极材料的电化学性能得到显著提高。由于重油中的多环芳烃分子在不同表面具有强吸附性和自缔合性,这种简单高效的包覆策略也同时适用于其他电极材料的改性。研究成果中展示的制备工艺步骤简单且可扩展用于大规模商业化量产,有望促进我国电动汽车行业的技术发展,具有巨大的商业价值。

(论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829721005584

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