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2019年8月24日
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金钟教授课题组在新型可充电镁二次电池方面取得新进展

澳门永利博网站注册化学化工学院介观化学教育部重点实验室、江苏省先进有机材料重点实验室金钟教授带领的“清洁能源材料与器件”研究团队在新型可充电镁二次电池方面取得新进展,相关成果最近以“One-Step Synthesis of 2-Ethylhexylamine Pillared Vanadium Disulfide Nanoflowers with Ultralarge Interlayer Spacing for High-Performance Magnesium Storage”为题发表在Advanced Energy Materials上,文章链接为。

镁电池具有理论容量大、安全性高、环境友好、原料成本低等优点,是一种在大规模储能方面很有前途的电化学储能器件。然而,由于带两个正电荷的二价镁离子的半径小,极性大,溶剂化作用强,使其在正极材料中的嵌入/脱出动力学行为较为缓慢,故可用于镁离子存储的正极材料很少。另外,由于金属镁在很多溶剂中会生成钝化膜,且该钝化膜是镁离子的不良导体,因此寻找具有良好可逆沉积镁的能力、宽的电化学窗口、且能够与正负极材料兼容的电解液体系也非常重要。

为了解决上面的问题,在该研究工作中,采用了通过离子液体改善的基于Mg(HMDS)2-4MgCl2/THF电解液,表现出良好的可逆沉积镁性能、更宽的电化学窗口以及提升的热稳定性。同时,通过便捷的一步液相法合成了一种有机胺分子插层使得层间距扩大的二硫化钒纳米花,作为镁电池正极材料时,能够与该电解液很好的兼容,并表现出很好的电化学储镁能力。由于有机胺分子的插入可以有效地拓宽离子通道,为活性镁物种的插入提供更多的活性位点,并且能够有效屏蔽活性镁物种与正极材料晶格阴离子之间的静电作用力,促进离子传输。同时,有机胺分子作为“支撑柱”有益于保持正极材料的结构完整性。因此,该层间距扩大的二硫化钒正极表现出了优异的电化学储镁性能。

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金、江苏省双创人才计划等项目的资助。

图1. 有机胺分子插层的VS2合成示意图以及形貌、结构和成份表征。

图2. 有机胺分子插层和退火除去有机胺后的VS2的光谱学表征结果比较。

图3. 基于有机胺分子插层和退火除去有机胺后的VS2电极的镁电池性能对比。

图4. 有机胺分子插层的VS2电极的电化学动力学分析。

图5. 有机胺分子插层的VS2电极的储镁过程和结构演化分析。

(化学化工学院 科学技术处)

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