当前位置: 首页 >> 学院新闻 >> 正文

鲁兵安课题组在钾离子电池研究取得重要进展,实现了石墨负极稳定储钾

创建于2019年06月05日 星期三作者 : 邓欢 浏览量 :


近日,我校物理与微电子科学学院在《Angew. Chem. Int. Ed.》发表题为“Graphite Anode for Potassium Ion Battery with Unprecedented Performance”的研究论文。湖南大学物电学院博士生樊令为论文第一作者,鲁兵安教授为通讯作者。

钾离子电池以其独特的优势(如钾资源丰富、分布均匀、价格低廉等)而在大规模储能系统中具有强劲的竞争力,且逐渐成为储能领域的研究热点。石墨作为商业锂离子电池负极,若能成功用于钾离子电池负极,则可以直接借鉴锂离子电池工业化的基础,进而降低钾离子电池工业化的阻碍。另外,石墨储钾电位较低,可以显著提高全电池的能量密度。并且石墨资源丰富、价格便宜、环境友好,更有助于降低钾离子电池的成本。但是,钾离子电池石墨负极的循环性能较差。因此,如何提高石墨电极的稳定性是钾离子电池面临的一大挑战。

樊令等使用原位XRD监测技术以及XPS分析发现:使用不同电解液时,石墨负极表面SEI膜的生成过程及成分明显不同。当使用高浓盐电解液时,石墨电极可以在较高电位下生成以无机物的SEI膜,极大地提升了石墨负极的循环稳定性——循环次数长达2000多圈,运行时间超过17个月。此外,以石墨为负极、有机材料为正极结合高浓盐电解液组装成的全电池也表现出良好的循环性能和倍率性能,尤其是全电池的能量效率高达86%,接近商业化的储能电池。同时,他们利用原位XRD技术也研究了钾离子嵌入石墨的过程:石墨→KC48 (stage 4)→KC36 (stage 3)→KC24 (stage 2)→KC8 (stage 1),且该过程具有良好的可逆性,这应该也是石墨电极稳定储钾的一个原因。

这一研究为钾离子电池实现长期循环稳定性提供了新策略,为钾离子电池发展和工业化提供了新的思路和参考。



石墨储钾机理及循环稳定性

 

上述研究得到国家自然科学基金面上项目、湖南省自然科学杰出青年基金、湖南大学双一流建设经费等项目的支持。

文章详见链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904258