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时间:2016-11-03 来源:理学院 作者:理学院

我校理学院王熙课题组在先进储能材料设计及原子尺度上机理研究领域取得新进展

 

 

 

近期,由于王熙教授在先进储能材料设计和原子尺度储能机制研究方面的突出工作,受邀为《化学会评论》(Chem. Soc. Rev.)撰写了相关综述文章“Hybrid two-dimensional materials in rechargeable battery applications and their microscopic mechanisms”,并被选为封面文章进行出版(DOI: 10.1039/c5cs00937e (FrontOutside Cover),IF:34.09)。该文系统地介绍了二维杂化电极材料在二次电池中的应用以及相关储能机制研究,王熙教授为文章的第一和通讯作者。

王熙教授于2015年底加入理学院,2016年其在能源、材料和工程领域国际著名期刊以北京交通大学为通讯作者单位已经发表6篇影响因子大于10的论文,包括Chem. Soc. Rev. 2篇,Adv. Mater. 2篇,NonoLett. 1篇,Nano Energy 1篇等。这些研究得到了中组部“青年千人计划”项目和北京交通大学“卓越百人”项目的资助。

王熙教授课题组结合当前国民经济发展对能源的迫切需求,在先进储能材料设计及原子尺度上机理研究方面取得系列进展。

石墨具有比容量高、廉价等特点,是一种理想的锂离子电池碳负极材料,但是也存在库伦效率低、循环性能差等缺点,限制其在锂电负极材料中的应用。理论计算表明,石墨层间距大于0.34nm才有助于嵌锂脱锂,且石墨理论容量为372mAh/g。因此设计具有较大石墨层间距的石墨结构对于提升电学性能十分必要。近日,理学院王熙教授课题组以SiO2为模板通过气相沉积法制备了新型多分支氮掺杂石墨管,由于分支结构所特有的曲面效应以及氮掺杂效应扩大其晶面间距,作为锂离子电池负极材料表现出优异的储锂性能,并通过in situTEM以及DFT理论计算等手段在原子尺度上揭示其内在的储锂机制。相关研究成果以“Improved Li+Storage Through Homogeneous N-Doping Within Highly-Branched Tubular Graphitic Foam”为题发表在材料类国际著名期刊Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201603692,IF:18.96)(第一作者理学院硕士研究生董锦洋,通讯作者王熙教授)。

此外,高容量电极材料的规模化生产是当今动力电池研究的核心课题之一。比如,2016年4月1日特斯拉推出新型电动车Model 3,续航达到346公里。Model 3是特斯拉历史上最便宜也是最重要的一款汽车,被外界视为电动汽车走向大众、大规模占领市场的关键。其关键电极材料采用的是Si/C复合材料,其比容量为550mAh/g。王熙教授课题组与中科院过程所(IPE)袁方利研究员合作,制备可以量产的三维Si/C复合微球(公斤级),其比容量为特斯拉Si/C商用材料1.5倍,相关产品已在中试中。相关研究也以“Scalable production of 3D plum-pudding-like Si/C spheres: Towards practical application in Li-ion batteries”为题发表在国际著名期刊Nano Energy(DOI:10.1016/j.nanoen.2016.04.014, IF:11.553),王熙教授为文章的通讯作者。此外,由于锂资源储量有限且分布不均,因此发展更加廉价的储能电池体系迫在眉睫。由于钠资源丰富且分布广泛、易于获取,价格是锂的二十分之一,并且具有与锂相似的理化性质,成为当今研究热点。王熙教授课题组与日本国立材料研究所(NIMS)合作,设计并制备了无定形磷/氮共掺杂石墨烯钠离子电池纸状电极材料,用于钠离子电池,其表现出具有超高稳定性,并利用in situTEM以及DFT等手段在原子尺度上探索其储能机制。相关研究成果以“Amorphous Phosphorus/Nitrogen-Doped Graphene Paper for Ultrastable Sodium-Ion Batteries”为题发表在国际著名期刊Nano Letter(DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00057, IF:13.779),王熙教授为文章的通讯作者。该文今年3月发表以来已经被引用11次,是ESI高被引文章。

 

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