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冯金奎副教授课题组在多孔金属的制备及新能源应用研究方面获得新

时间:2018-04-10 15:26来源:未知 作者:Admin 点击:

  [本站讯]近日,山东大学材料科学与工程学院冯金奎副教授课题组在多孔金属的制备以及新能源应用研究方面取得了最新进展,其研究成果“Vacuum Distillation Derived 3D Porous Current Collector for Stable Lithium−Metal Batteries”发表在期刊Nano Energy(IF=12.343),文章第一作者为材料学院2016级硕士研究生安永灵,通讯作者为材料学院冯金奎副教授,优发国际娱乐网页版山东大学为独立完成单位。

  目前,商业化电池负极主要是容量较低的石墨负极材料,限制了电池的能量密度和续航里程。金属锂的比容量为3860 mAh/g,电化学势为-3.04 V(vs标准氢电极),是一种非常理想的锂电池负极材料。目前锂离子电池的比能量可达250 Wh/kg,但是如果将锂离子电池的负极更换为金属锂,那么就可以获得440 Wh/kg的比能量,而像Li-S和Li-空气电池比能量则能够达到650 Wh/kg和950 Wh/kg的比能量。要使用金属锂作为锂离子电池的负极材料,主要需要克服两个难题:安全性和循环寿命。困扰金属锂负极的主要问题是锂枝晶,在循环过程中,由于局部极化的因素,使得金属锂表面生长锂枝晶,当锂枝晶生长到一定程度的时候就可能穿透隔膜,引发安全问题,此外如果锂枝晶发生断裂,就会形成“死锂”,造成电池容量损失,因此锂枝晶是阻碍金属锂负极应用的最大障碍。

  在冯金奎副教授的指导下,安永灵等利用真空蒸馏的方法脱除商业化黄铜中的低沸点金属锌来合成3D多孔铜,并作为锂金属负极的集流体。真空蒸馏是通过蒸发前驱体中的一种或多种组分,从而得到纯的高沸点产物的一种方法。该方法对环境友好、成本低、易于工业化。所制备的多孔铜的孔径和孔率可以通过蒸馏时间和温度来调控,并且所产生的副产物锌可以回收利用。该多孔铜作为金属锂负极集流体时,可以抑制锂枝晶的生长,从而提高电池的安全性;也可以缓解循环过程中产生的体积膨胀,从而形成稳定的SEI膜和电极结构,得到良好的循环性能和倍率性能。

  近年来,冯金奎副教授课题组从事锂金属电池方面的研究,并取得了一定的成果。其中,有通过原位聚合烯烃使金属锂表面得到一层聚合物从而提高锂金属电池的电化学性能(Journal of Power Sources, 2017, 363, 193-198)。上述研究得到材料学院慈立杰教授、化学院熊胜林教授等的帮助,并受到山东大学青年学者项目、山东省自然科学基金、千人计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金、泰山学者计划的支持。

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