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李轩科教授团队在材料类顶级期刊《Energy Storage Materials》发表论文

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作者:周淑雯编辑:新闻中心发布时间:2019-12-23浏览次数:19

    武科大网讯(通讯员周淑雯)近日,我校先进炭材料研究所李轩科教授团队的论文“Enhanced active sulfur in soft carbon via synergistic doping effect for ultra–stable lithium–ion batteries”在材料类顶级期刊Energy Storage Materials(即时影响因子13.31,TOP期刊)发表。

    论文第一单位是武汉科技大学化工学院,第一作者为化工学院博士研究生孙兵,通讯作者为化工学院李轩科教授、张琴副教授,团队丛野教授、袁观明副教授等也参与了该项研究工作。该工作得到了国家自然科学基金的支持。

    随着传统能源的利用,产生的环境污染日益凸显,发展高效清洁能源的可再生能源存储技术已迫在眉睫,锂离子电池因其高的能量密度、低的自放电特性以及长的循环寿命等特点独特的优势,被认为是一种高效的电化学储能技术。软碳有着来源丰富与可控制结晶度,与电解液相容性好等优点,被广泛应用于锂电负极材料,但其较差的导电性与低的锂离子扩散速率限制了其实际应用。

    利用杂原子修饰是改善其导电性,提升离子迁移率并稳定电化学反应界面的有效途径之一。目前研究最为广泛的是氮掺杂,与氮相比,硫拥有更大的原子半径,在能源存储方面是一种更有前景的掺杂元素,但硫较多以氧硫键形式存在,储锂活性位点损失较多。

    我校李轩科教授课题组提出协同掺杂助力C-S显著改善软碳负极材料储锂性能的新思路,以分别含氮、磷、硫物质及中间相沥青为化学前驱体,通过双模板的限域炭化与杂原子同步原位转化,获得高C-S键、良好导电性、共掺杂多孔软碳。杂原子掺杂引入结构活性缺陷位,C-S键提供更多储锂位点,层次孔结构利于锂离子的扩散,协同实现软碳负极质量比容量、倍率性能与循环稳定性的综合提升。获得的多元掺杂多孔软碳负极材料表现出优异的电化学性能,在100mA/g的电流密度下,表现出高达770mAh/g的比容量,在500mA/g的电流密度下,经500次循环后,仍能保持有500mAh/g的可逆比容量,计算结果表明协同掺杂大大增加了对锂离子的吸附能力。

    该研究不仅得到了具有优异储锂性能的多孔炭材料,同时也提供了一种提高C-S键策略供杂原子掺杂炭材料在其他碱金属离子电池中的应用研究。

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