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芦苇隐藏的潜能:长循环寿命的锂离子电池硅负极

(2015-07-16)

    中科院能量转换材料重点实验室、中国科学技术大学化学与材料学院材料系余彦教授课题组与德国马普固体研究所合作,发展了一种环境友好、经济、简便的锂离子电池硅负极制备方法,采用自然界的芦苇叶生物质资源为原料成功合成了三维多孔的硅负极材料,取得了优异的电化学性能。该成果以“Energy Storage Materials from Nature through Nanotechnology: A Sustainable Route from Reed Plants to a Silicon Anode for Lithium-Ion Batteries”为题发表在《德国应用化学》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201503150)。文章发表同时,《德国应用化学》网站发表了题为“芦苇隐藏的潜能:天然芦苇叶中的氧化硅结构可被开发成电极材料用作锂电池”的相关新闻报道。

  锂离子电池作为高能量密度的储能设备被广泛的应用于手机,笔记本电脑等便携式电子产品中。而时下引人注目的电动汽车更是以锂离子电池作为主要动力来源。目前,商用锂离子电池负极材料广泛使用石墨及改性石墨,但是其理论容量仅为372毫安时/克,大大制约了高能量动力电池的发展。硅基负极材料由于其较高的理论容量(4200毫安时/克)成为下一代锂离子电池负极材料领域研究的热点。然而,目前传统的硅基负极材料制备方法存在如下缺点:需使用正在迅速枯竭的石油原料制备的化学试剂为前躯体或者需要通过复杂步骤化学步骤合成硅。基于此,我们发展了一种环境友好、经济、简便的基于镁热还原的方法(使用芦苇叶为主要原料,同时作为硅源和模板)合成多孔硅。这种多孔硅用于锂离子电池负极时,在10C(6分钟放电完成)放电电流密度下,经过4000个循环后,可逆容量仍然高达420毫安时/克(高于传统商用石墨负极的理论容量372毫安时/克)。

  由芦苇叶得到的多孔Si及其10C电流密度下循环性能图

  余彦教授为该论文的通讯作者,中国科学技术大学为该论文的第一单位。该工作得到了中组部“青年千人计划”、自然基金委、新世纪优秀人才计划、中国科学技术大学创新团队培育基金、中央高校基本科研业务费专项资金资助以及苏州纳米科技协同创新中心的大力支持。

  相关文章链接:

  http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201503150/abstract

  相关新闻链接:

  http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/%28ISSN%291521-3773/homepage/press/201528press.html

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