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随着人们对清洁能源需求的不断增加,二次离子电池已成为研究热点,商业化石墨负极和三元正极的理论比容量分别只有372 mAh/g和275 mAh/g,不能满足高比能电池的设计需要,因此开发具有高比容量的负极/正极材料尤为重要。具有高比容量的负极/正极材料目前存在一些问题:合金化反应机制的硅、磷、锗、锡负极和硫正极材料存在较高的体积膨胀率,其中磷和硫较差的导电性以及可溶性中间产物的穿梭效应限制了实际应用;沉积/溶解机制的金属负极枝晶问题使其不能单独作为负极材料使用。碳质材料因其来源广泛以及优异的导电性而常作为高比容量负极/正极材料的载体,通过对碳载体的设计提高比容量负极/正极材料电化学性能十分重要。
近日,天津大学孙洁教授课题组总结了用于高比容量负极/正极中碳载体的研究进展,在《新型炭材料》(New Carbon Materials)上发表最新综述“Recent progress in the carbon-based frameworks for high specific capacity anodes/cathode in lithium/sodium ion batteries”。该综述总结了高比容量的负极/正极材料目前存在的问题,以及相应碳载体的设计策略。重点从碳载体的比表面积、孔/空结构,电子/离子电导率、界面修饰和表面化学修饰的角度出发,综述了其在硅、磷、锗、锡、金属锂、金属钠负极,以及硫正极中的研究进展,并提出可通过理论计算对碳载体的结构设计提供预测。该综述为高比容量的负极/正极材料中碳载体的设计提供新思路。
图1 针对高比容量负极/正极问题的碳载体设计策略
文章信息 New Carbon Materials
LI Xu, WANG Xiao-yi, SUN Jie. Recent progress in the carbon-based frameworks for high specific capacity anodes/cathode in lithium/sodium ion batteries. NEW CARBOM MATERIALS, 2021, 36(1): 106-116. doi:10.1016/S1872-5805(21)60008-2
国内版链接:http://xxtcl.sxicc.ac.cn/cn/article/doi/10.1016/S1872-5805(21)60008-2
国际版链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1872580521600082
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通讯作者简介
孙洁,天津大学化工学院,教授,博士生导师。
《Transaction of Tianjin University》编委会委员,《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》编委,《中国科技论文》编委会委员。主要从事磷基负极材料、锂硫电池、电催化方向的研究。以通讯作者和第一作者身份在Nat. Nanotechnol., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Lett., Energy Storage Mater., ACS Nano, Green Chem.等国际权威学术期刊上发表论文76篇,H因子44。单篇最高被引910次,3篇为ESI高被引论文,1篇为ESI热点论文。已获得授权美国专利2项、中国发明专利5项,申请中国发明专利5项。主持承担国家级、省/部级科研项目和企业横向项目多项。
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