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刘剑洪、张黔玲课题组在高水平学术期刊发表锂电池和电催化系列研究论文

作者: 发布时间: 2023-01-13 浏览次数: [ ]


近日,beat365最新版2022beat365最新版2022刘剑洪教授和张黔玲教授团队在Advanced Functional Materials、Nano Research、Energy Storage Materials国际顶尖期刊连续发表6篇研究论文。

题为《Revealing Lithium Battery Gas Generation for Safer Practical Applications》的综述论文由团队硕士研究生刘珮为第一作者,刘剑洪教授、张黔玲教授、胡江涛副教授和北京大学潘锋教授为共同通讯作者,beat365最新版2022为第一作者单位和第一通讯单位。该论文发表于国际顶级期刊Advanced Functional Materials(影响因子19.924,中科院JCR 1区)上。


该综述系统回顾了正极材料、负极材料和电解质的气体演化机制;总结了防止气体演化的策略,包括电极材料和电解质之间的缓冲层构建、电极材料的优化和改性、电极组分和电解质结构设计、测试条件的调整等;对未来气体演化分析和抑制提出展望。

全文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202208586

题为《Modulating the Electronic Spin State by Constructing Dual-metal Atomic Pairs for Activating the Dynamic Site of Oxygen Reduction Reaction》的论文由团队叶盛华博士、硕士研究生谢淑华和雷雅琦为第一作者,刘剑洪教授、张黔玲教授和加拿大西安大略大学孙学良教授为共同通讯作者,beat365最新版2022为第一作者单位和第一通讯单位。该论文发表于国产顶级期刊Nano Research(影响因子10.269,中科院JCR 1区)上。

在各种新开发的电池技术中,燃料电池可以同时满足高能量密度和安全性等要求。氧还原反应(Oxygen reduction reaction, ORR, O2 + 2H2O + 4e → 4OH作为阴极反应,其反应动力学迟缓,严重影响燃料电池的工作效率。有鉴于此,该论文利用独特的液态聚丙烯腈作为碳源,合成了类石墨烯负载的MnFeN8双核原子对结构,实验和理论计算结果表明,MnFeN8双核原子对结构由MnN4和FeN4共同组成,FeN4与MnN4之间存在电子相互作用,使FeN4结构的Fe中心转变为高自旋态,高自旋态中Fe的dz2轨道为半满状态,有利于ORR过程中含氧物种的吸、脱附。得益于催化位点独特的化学结构和电子结构。MnFeN8双核原子对结构的在碱性条件下半波电位达到0.918 V vs. RHE,优于商业Pt/C理论研究表明,FeN4为ORR催化的位点,MnFeN8双核原子对中FeN4位点合理的d电子结构优化了ORR过程的吉布斯自由能,并且双金属位点结果有利于O-O键的断裂,进一步促进ORR过程。

论文链接:http://dx.doi.org/10.1007/s12274-022-4979-x

题为《Fundamental, Application and Opportunities of Single Atom Catalysts for Li-S Batteries》的综述论文由团队硕士研究生周婷为第一作者,梁健能博士、叶盛华博士、刘剑洪教授张黔玲教授为共同通讯作者,beat365最新版2022为唯一作者单位和通讯单位。该论文发表于国际顶级期刊Energy Storage Materials(影响因子20.831,中科院JCR 1区)上。

锂硫电池因具有高理论容量和低成本而被认为是未来最具潜力的储能体系,但其缓慢的动力学转化和严重的多硫化锂(LiPSs)穿梭效应严重地阻碍着它的商业化应用。探索高效的催化剂可有效促进多硫化锂中间产物的转化反应,从而抑制穿梭效应。该综述全面介绍和深入阐述了锂硫电池中单原子催化剂(SACs)的催化机理、结构和催化性能,并对SACs在锂硫电池不同组分中的实际与潜在应用进行总结,以期为设计具有高电催化性能的SACs和多原子催化剂提供新思路。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.12.002

题为《Constructing robust polymer/two-dimensional Ti3C2TX solid-state electrolyte interphase via in-situ polymerization for high-capacity long-life and dendrite-free lithium metal anodes》的论文由团队熊伟博士硕士研究生黄涛为第一作者,刘剑洪教授张黔玲教授和湘潭大学欧阳晓平院士为共同通讯作者,beat365最新版2022为第一作者单位和第一通讯单位。该论文发表于期刊Journal of Colloid and Interface Science(影响因子9.965,中科院JCR 1区)上。

                            


本研究通过原位聚合的方法,在锂金属表面构建了人工聚合物/二维Ti3C2TX (MXene)固体电解质界面相(SEI)。聚合物层提供了良好的界面接触和对锂金属体积膨胀的良好适应性,降低了界面阻抗另一方面,二维MXene有利于均匀的Li沉积和抑制界面副反应。上述结构使Li/SSE/Li电池在0.50 mAh cm2的容量下保持约50 mV的稳定极化电压超过1000小时。它使Li/SSE/LiFePO4电池在1C时提供130.1 mAh g1的容量,900次循环后容量保持率为91.4%。因此,该论文提出的原位聚合方法可以促进锂金属电池的实际应用。

                        

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.08.101

题为《Ionic/Electronic Dual-Conductor Coating Layer Fabrication Enabling High-Performance Silicon Anode》的论文由团队黎烈武博士硕士研究生杜保荣为第一作者,胡江涛副教授、刘剑洪教授张黔玲教授为共同通讯作者,beat365最新版2022为一作者单位和通讯单位。该论文发表于期刊Small Structure(影响因子11.343,中科院JCR 1区)上。

                            


为克服当前锂离子电池的能量密度瓶颈,硅(Si)负极受到了学术界和企业界的特别关注。然而,硅负极在嵌脱锂过程中巨大的体积变化以及剧烈的界面副反应使其性能急剧下降,阻碍了其商业化应用。在充放电过程中,硅颗粒粉化伴随着离子/电子导电网络的破坏被认为是其性能衰减最重要的原因。因此,在电化学过程中维持电子和离子电导网络稳定对于硅负极性能的提高和未来的商业推广具有重要意义。该研究报道了一种原位构建复合材料的方法制备得到三维网络状结构的离子/电子双导体包覆纳米硅负极材料(Si@Li4SiO4/C/CNTs)。该Si@Li4SiO4/C/CNTs负极具有出色的长循环稳定性(在1 A g1的电流密度下,580次充放电循环后容量保留率为98.6%)和突出的倍率性能(在2 A g1的电流密度下,放电比容量为734 mAh g1)。研究结果表明,原位形成的快离子导体涂层有利于Li+的快速扩散,碳纳米管与非晶碳(聚乙烯吡咯烷酮衍生碳)构建的三维网络结构有效地增强了电极的结构稳定性,保持了电极导电网络的完整性。

                            


论文链接:https://doi.org/10.1002/sstr.202200296

题为《Constructing methyl methacrylate/MXene artificial solid-electrolyte interphase layer for lithium metal batteries with high electrochemical performance》的论文由团队硕士研究生黄振城为第一作者,熊伟博士、刘剑洪教授张黔玲教授和湘潭大学欧阳晓平院士为共同通讯作者,beat365最新版2022为一作者单位和第一通讯单位。该论文发表于期刊Applied Surface Science(影响因子7.392,中科院JCR 1区)上。

                            


金属锂具有较高的理论容量和较低的氧化还原电位,是一种很有前途的负极材料。然而,锂金属阳极容易形成锂枝晶,降低了锂金属电池的循环稳定性和可逆性。为了解决这一问题,本研究设计了一种原位聚合有机-无机复合材料(甲基丙烯酸甲酯(MMA)/MXene)作为人工固电解质界面相(SEI)的方法。MXene层的电荷分作用能够降低金属锂的成核能垒,并在锂金属阳极上形成良好的界面接触和较高的电化学性能。以LiFePO4 (LFP)为正极材料组装锂电池,在1C条件下循环1000 h后比容量仍可维持106.6 mAh/g,容量保持率为80.1%。因此,本文提出了一种是心啊抑制锂枝晶的生长、提高LMBs的循环稳定性和可逆性的简单可行方法

                            


论文链接:https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154586


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