高能量、長壽命的水系可充放鎳鉍電池研究新進展發(fā)表于《Adv. Mater.》
隨著電動汽車和各種智能設備的快速發(fā)展，具有良好安全性、高功率/能量密度的新型先進能量存儲裝置成為研究的熱點。相比鋰離子電池，水系可充放電池因為安全性高、成本低廉、離子導電率高以及倍率性能好等優(yōu)點受到了研究人員的廣泛關注。為了實現(xiàn)高能量、安全可靠的水系可充放電池，亟待開發(fā)一種高倍率、高容量、穩(wěn)定的負極材料。而高導電性的金屬鉍在水性溶液中具有高度可逆氧化還原反應和合適的負電位窗口，因此Bi有望作為一種水系溶液中高性能的電極材料。然而，目前報道的金屬Bi電極的容量和循環(huán)穩(wěn)定性都有待提高。
圖1. 多孔鉍-碳復合材料和所研發(fā)的鎳鉍電池的面積容量和質量比電容
盧錫洪副教授團隊利用三維高結晶度的Bi納米結構抵消儲能轉換反應引起的結構內應力，成功構筑了首款可充放的Ni//Bi電池（Adv. Mater., 2016, 28, 9188–9195．）。為了進一步提高鎳鉍電池的能量密度和壽命，該團隊在前期基礎上最近通過原位活化的策略制備了一種高載量的三維多孔的鉍-碳復合材料，作為水系鎳鉍電池的高性能負極材料。這種多孔氮摻雜的碳三維結構不僅可以實現(xiàn)高載量鉍的均勻負載，而且可以提供快速的電子傳輸和離子擴散的通道，有利于提高電極的容量和倍率性能。因此，制備的鉍-碳復合電極具有很好的潤濕性和活性面積，表現(xiàn)出較高的容量（2.11 mAh cm-2和166.2 mAh g-1）和優(yōu)異的倍率性能（2.11 mAh cm-2和120 mA cm-2）。更重要的是，基于這種鉍-碳復合材料為負極，Ni-NiO為正極組裝的柔性鎳鉍水系可充放電池具有很高的能量密度（16.9 mWh cm-3）和出色的循環(huán)壽命（充放電5000次后仍有94%的容量保持率），優(yōu)于很多研究報道的水系電池。相關成果以“In Situ Activation of 3D Porous Bi/Carbon Architectures: Toward High-Energy and Stable Nickel–Bismuth Batteries”為題發(fā)表在研究成果發(fā)表在知名學術期刊Adv. Mater.上（Yinxiang Zeng, Ziqi Lin, Zifang Wang, Mingmei Wu, Yexiang Tong, and Xihong Lu*. Adv. Mater., 2018, 30, 1707290）。
上述研究工作得到了廣東省自然科學杰出青年基金、廣東省特支計劃科技創(chuàng)新青年拔尖人才項目、國家重點研發(fā)項目、廣州市珠江科技新星專項等項目的資助等項目的資助。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201707290
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