张明课题组在新型储能材料及器件领域取得新进展-湖南大学物理与微电子科学学院

张明课题组在新型储能材料及器件领域取得新进展

创建于2020年09月14日星期一作者 : 物理学院综合办浏览量 :

近期，物理与微电子科学学院张明教授课题组在ACS Nano (中科院一区，IF=14.588)上发表最新研究成果：“Sulfur-Rich (NH₄)₂Mo₃S₁₃ as a Highly Reversible Anode for Sodium/Potassium-Ion Batteries”。博士生丁双双为论文第一作者，张明教授为通讯作者。

锂离子电池(LIBs)由于其成本低和出色的电化学性能已成为了目前使用最普遍的能量存储装置。但是，由于地壳中的锂资源的含量有限且分布不均，钠离子电池(SIBs)和钾离子电池(PIBs)被认为是LIBs的替代品,开发能够快速稳定地嵌入/脱出Na⁺/K⁺的负极材料的开发是SIBs/PIBs进步的关键。近年来，已广泛研究了各种化合物作为SIBs或PIBs的负极材料，包括碳材料、金属及其氧化物和金属硫化物。其中，过渡金属硫化物(TMSs)被认为是一种有前途的材料，主要是因为其独特的物理化学性质和更好的电化学性能，例如多个活性位点和更安全的工作电压。

丁双双等发明了一步水热法制备了高结晶度、高储能比容量的新型负极材料——(NH₄)₂Mo₃S₁₃。基于优化后的(NH₄)₂Mo₃S₁₃负极具有更高的比容量、更出色的倍率性能以及更好的循环稳定性。与此同时，(NH₄)₂Mo₃S₁₃负极在低温下也表现出良好的电化学性能。通过电化学动力学分析和一系列非原位表征测试，揭示了Na⁺在(NH₄)₂Mo₃S₁₃电极中的存储机理。这一研究确定了(NH₄)₂Mo₃S₁₃是用于SIBs/PIBs的有希望的负极并且在富硫过渡金属硫化物工程和储能装置的研究中将引起广泛的兴趣。

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(NH₄)₂Mo₃S₁₃的合成过程示意图

本工作得到了国家自然科学基金面上项目、湖南省优秀青年基金和湖南省学位与研究生教育教学改革研究等项目的大力支持，微纳光电器件及应用教育部重点实验室和低维结构物理与器件湖南省重点实验室为本研究工作提供了保障。

近几年，张明课题组围绕高性能储能材料与器件应用开展了大量的研究工作，相关成果以第一且通讯作者单位发表在Nano Letters、Nano Energy、ACS Nano、Energy Storage Materials、Nano-Micro Letters、Small、Journal of Materials Chemistry A等纳米材料领域顶级期刊。