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皇冠体育官网app:澳大团队两成果登国际期刊

admin2022-09-223

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澳门大学应用物理及材料工程研究院副教授许冠南的研究团队。 (澳门大学图片)

一步球磨法制备嵌入原位形成的无定形磷酸盐的金属磷化物复合材料示意图。 (澳门大学图片)

澳门大学应用物理及材料工程研究院副教授许冠南的研究团队在钾离子电池负极材料的研究中取得重要进展:一方面有望为下一代储能系统循环稳定性差的问题提出解决方案;另一方面,团队亦研发出拥有高容量、高稳定性和高安全性三大条件的钾离子电池。两项研究成果已发表于国际知名期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)与《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)并成功申请中国专利。

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目前,大多数可再生能源,如太阳能、风能、地热能、潮汐能等均具有间歇性及地域性的特点。智能电网的建设是规模化和合理化使用可再生资源不可或缺的组成。对智能电网的构建而言,稳定高效且价格低廉的储能系统至关重要。因此,近五年来,钾离子电池的研究受到重视。

研究发现,负极材料对电池的性能影响至关重要,在众多的钾离子电池负极材料中,磷及其金属磷化物具有高的比容量及合理的放电平台,是钾离子电池负极的有利竞争者。团队通过简单的球磨法一步合成非晶态磷酸盐掺杂的金属磷化物。这种原位形成的非晶磷酸盐分布均一,作为缓冲剂能有效降低金属磷化物电极的体积膨胀。作为一种通用的合成策略,团队共计合成了十种(VPx, CrPx, MnPx, FeP, FeP2, FeP4, CoP, NiP3, CuP2, 和 ZnP2)含有非晶态磷酸盐掺杂的金属磷化物。其中,ZnP2作为代表被重点进行了测试分析。

实际应用可行性已获验证

研究证实,有非晶磷酸盐存在的ZnP2表现出更优异的循环稳定性,在1.0 A g-1电流密度条件下,循环6,000次后,其可逆比容量仍然高达177 mAh g-1。优异的循环稳定性得益于体积膨胀的缓减,使得表面形成的固态电解质界面(SEI)更加稳定。为了验证实际应用的可行性,采用普鲁士蓝类似物作为正极组装测试了其全电池性能,在长达1,200次的循环测试后,其容量仍保持为49 mAh g-1 (0.1 A g-1),容量基于正极和负极材料的总质量进行计算。

实验成果具高容量及高稳定性

基于以上的分析,研究团队开展了进一步的工作,首先通过简单地控制Zn,ZnO和P原料的投放比例实现了磷酸锌含量的可控调节;并且制备了三个不同磷酸锌比例的磷化锌复合材料,磷酸锌的质量分数分别为10, 20 和 30wt%。其次,采用了不燃的三乙基磷酸酯(TEP)作为电解液体系,实现了磷化锌复合电极的高容量(在 0.1 Ag-1电流密度下最高容量为571.1 mAhg-1),高稳定性(1000次循环后,容量保持率为94.5%)和高安全性(明火条件下也不燃烧)。

以上两项研究成果已发表于国际知名期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)与《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)并成功申请中国专利。

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