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青島能源所引入不同功能基團調控碳基材料的儲鋰性能

儀表研發 2020年07月09日 14:10:43 來源:青島生物能源與過程研究所人氣:13690
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  【儀表網 儀表研發】以碳材料為電極材料的儲能器件表現出的超高的儲能容量、優異的化學穩定性和成本低及環境優好等優勢,在能源存儲方面具有潛在發展空間。特別是石墨炔、石墨烯等二維碳材料具有高度共軛的碳骨架、二維層狀平面結構、均勻分布的孔隙及較大的孔道構造,能夠為儲能離子提供豐富的吸附位點和暢通的遷移通道,在儲能領域擁有廣泛應用前景。
 
  近期,中國科學院青島生物能源與過程研究所碳基材料與能源應用研究組研究發現,可通過前驅體控制、化學鍵合、熱處理等方式引入特定的功能基團來準確調控碳材料能隙、電子遷移率、層間距、晶體堆積方式和比表面積等可影響離子存儲或遷移性能的內在特性,進而制備出電化學性能更好的儲能材料。
 
  研究人員以石墨炔為例,使用化學修飾的前體通過交叉偶聯反應合成一系列具有氫、甲基和氰基等不同功能基團修飾的石墨炔衍生物。不同功能基團的引入,引起包括能隙、層間距和微觀結構在內的特性發生明顯變化,進而顯著影響到鋰離子電池的存儲容量。與石墨炔、氫修飾的石墨炔和甲基修飾的石墨炔相比,氰基修飾的石墨炔的電化學儲鋰性能提高顯著,在電流密度為50 mAg-1時,可逆容量高達1612 mAhg-1,且氰基修飾的石墨炔因其獨特的結構更有利于鋰離子在面內和面外的擴散與傳輸,賦予其非常好的倍率性能及超高的穩定性能。
 
  該研究為精確調節碳材料的電子結構和性能提供了有效策略,為石墨炔家族儲鋰性能研究以及探索新型碳素儲能材料提供了理論依據和實驗指導。
 
  相關成果發表在《德國應用化學》上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院前沿項目、青島能源所重點部署項目、山東省自然科學基金等資助。
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