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　　近日，我院余彥教授課題組通過構(gòu)筑氮摻雜微孔碳負(fù)載無定型紅磷，利用其電子及離子導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性三者增強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，實現(xiàn)了磷基負(fù)極材料在鈉離子電池中的長循環(huán)性能及高倍率性能的突破，相關(guān)工作以“Confined Amorphous Red Phosphorus in MOF-Derived N-Doped Microporous Carbon as a Superior Anode for Sodium-Ion Battery”為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials, 2016, DOI: 10.1002/adma.201605820) 。

　　鋰離子電池由于具有比能量高、循環(huán)壽命長及環(huán)境友好等特點，在便攜電子設(shè)備以及電動汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，隨著鋰離子電池需求量的增加，其所需鋰資源本身的稀缺性以及地域分布不均勻性等問題日益凸顯，使得鋰離子電池在大規(guī)模儲能方面的應(yīng)用受到了極大的限制。相比而言，鈉具有資源儲量豐富，分布廣泛和成本低廉等特點，使得最近鈉離子電池逐漸發(fā)展為替代鋰離子電池的首選。但是，由于鈉離子具有較大的離子半徑（鈉離子：0.98 ?，鋰離子：0.69 ?），使得其動力學(xué)過程較為緩慢，電化學(xué)性能難以滿足實際應(yīng)用需求。因此，鈉離子電池的研究依然集中在發(fā)展具有高電化學(xué)性能的電極材料。

　　針對負(fù)極材料，紅磷由于具有非常高的理論比容量（2595 mAh/g），并且具有價格低廉、環(huán)境友好等特點，逐漸發(fā)展為負(fù)極材料研究的重點。但是，其本身低的電子電導(dǎo)和循環(huán)過程中巨大的體積變化，使得其電化學(xué)性能在短時間的循環(huán)過程中就會發(fā)生惡化，難以滿足實際應(yīng)用的要求。余彥教授課題組針對紅磷電極材料的關(guān)鍵問題，前期通過構(gòu)建有序介孔碳材料負(fù)載紅磷的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了磷基材料在儲鋰（鈉）性能上的提升（Nano Lett., 2016, 16 (3), pp 1546–1553）?；谇捌诠ぷ骰A(chǔ)，該課題組針對鈉離子電池的需求，進(jìn)一步提升了磷基材料的儲鈉性能。利用金屬—有機(jī)框架材料獨特的結(jié)構(gòu)，通過碳化制備了氮摻雜的微孔碳材料（孔徑小于1 nm），并且通過磷蒸汽轉(zhuǎn)化的方法，制備了氮摻雜微孔碳負(fù)載紅磷的復(fù)合材料。此結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙地利用了氮摻雜微孔碳材料的微孔結(jié)構(gòu)以及高的電子電導(dǎo)，在增強(qiáng)紅磷電子電導(dǎo)的同時極大了緩解了體積變化效應(yīng)，最終實現(xiàn)了電化學(xué)性能的大幅度提升。當(dāng)應(yīng)用于鈉離子電池時，整體材料的可逆容量在150 mA/g的電流下達(dá)到了600 mA h/g， 并且實現(xiàn)了大電流（1 A/g）下超長壽命循環(huán)性能，在1000次循環(huán)后依然保持了450 mA h/g的可逆容量。

　　由于該材料表現(xiàn)出的長循環(huán)壽命和高容量性能，該材料有望應(yīng)用于未來高性能的鈉離子電池中。并且，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以作為一種普適方法，為其他電化學(xué)材料的設(shè)計和研究提供一種新的研究思路。

　　論文第一作者為博士研究生李維漢，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)為第一單位。該工作得到了國家人才計劃、自然基金委、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助以及蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心的大力支持。