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北大新材料学院在新型锂离子负极材料领域取得进展
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       随着社会不断发展,人们对能源的需求量日益增加,开发新型高效的清洁能源成为了众多科研工作者关注的焦点。锂离子电池是一种高效、安全、环保、便捷的能量存储装置,已经被广泛应用于消费电子、计算机等领域,并成为电动车(EVs)的关键组成部件。然而,锂离子电池的电极材料是影响其性能的关键,而目前商业化的锂离子电池负极材料多为碳负极材料(理论比容量~370 mAh g-1),已不能满足人们的需求。因此开发新型的锂离子电池负极材料,成为了近些年锂离子电池研究领域的研究热点之一。
       在潘锋教授的指导下,博士后杨金龙和郑家新(共同第一作者)与学院的研究生、工程师积极合作、协同创新。开发新型的锂离子电池负极材料,将硅酸亚铁锂(Li2FeSiO4)及氧化石墨烯(GO)复合材料作为负极材料,并获得了优越的电化学性能。该材料在0.2 A g-1电流下,容量高达1160 mA g-1,远远大于现有的商业化碳材料(~370 mAh g-1),并且在2A g-1大电流条件下,600次循环后容量保持率仍有81.7%。与此同时,此工作首次提出了双中心储锂模型(FeOx,Si量子点),让科研工作者们对该材料有了进一步的认识。该科研工作发表在ACS旗下的NanoScale(DOI: 10.1039/C5NR03311J)杂志上。

图1 (a) 最初的二维杂化模型。 (b)放大后的图示:硅酸亚铁锂纳米棒以及FeO4、SiO4交替键合于石墨烯。(c) 充锂态时,负极材料的双中心储锂模型。(d) 脱锂态时,负极材料双中心储锂模型(FeOx、Si及石墨烯形成FeOx·Si@GNS)。

图2 (a) 在0.02 A g-1下,最初20次循环的充放电曲线。(b) 不同倍率下该材料的容量体现。(c) 在2A g-1下,该负极材料600次循环时容量体现。
 
       目前,北京大学新材料学院的各课题组正在努力,相互合作,陆续将更加优秀科研工作形成原创专利,并投到高影响力的杂志上。同时,学院的全体师生正在积极响应北京大学创建世界一流大学的号召,共同努力把北大新材料学院建设成国际一流的材料科学与工程学院。
 

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文章链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/nr/c5nr03311j#!divAbstract
Jinlong Yang‡, Jiaxin Zheng‡, Lin Hu, Rui Tan, Kai Wang, Shichun Mu* and Feng Pan*, “FeOx and Si Nano-dots as Dual Li-storage Centers Bonded with Graphene for High Performance Lithium Ion Batteries”, Nanoscale, 2015,7, 14344-14350. (SCI IF=7.4)