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【原创】【2020先进电池材料论坛】储能电池微纳超结构碳新进展
碳材料 文章来源自:高工锂电网
2020-08-31 09:19:14 阅读:5951
摘要通过结构纳米化、复合化、有序化设计和功能导向组装, 实现了碳材料跨越“纳-微-宏”的多层次孔道、多尺度网络、多组分界面的可调可控,构建系列多功能精确耦合的微纳超结构碳材料。

作为储能活性材料,碳材料同时又能构建能量运输网络,在锂离子电池、燃料电池等能量存储与转化器中起重要作用。

目前碳材料主要以炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、活性炭、碳纤维等多种形式被用于电化学储能器件中,传统碳材料存在微结构无序、缺陷多及性能单一等难题待解,而以碳纳米管和石墨烯为代表的新型材料,凭借优异的导电性、高比表面积等特点,在电化学储能领域表现巨大的潜力。

8月26-27日,2020先进电池材料集群产业发展论坛在深圳机场凯悦酒店举行,此次会议由深圳先进电池材料产业集群主办,深圳市清新电源研究院、高工锂电、高工氢电联合承办。

本次论坛上,清华大学深圳国际研究生院副院长、教授康飞宇发表题为“碳材料在储能电池中的应用”。image.png

康飞宇教授介绍了碳基材料的特点、种类及其未来趋势,并提出了通过纳米结构的层次化、有序化和功能导向组装构建微纳超结构碳材料的思想。

康飞宇表示,碳材料大都来自天然石墨材料,石墨又细分为鳞片石墨和微晶石墨。其团队的研发思路是,针对鳞片石墨开发碳包覆改性快充型鳞片石墨负极材料、多孔石墨烯导电材料及纳米石墨片硅复合负极材料,其相应的特点是离子嵌入快、导电效率高及结构稳定性好。

而微晶石墨各向同性膨胀小,且表面缺陷多、结构易解体,其研发思路是研发高功率核壳结构微晶石墨负极材料,相应的特点是结构稳定且离子嵌入快。

例如,针对硅碳负极,基于优质低硫可膨胀石墨(纳米石墨片),可制备高容量纳米石墨片/碳硅复合负极材料。纳米石墨片/碳硅负极比容量达到1056 mAh/g (约为石墨的3倍),循环稳定性好。

此外,康飞宇还介绍了“微纳超结构碳材料”的新思路,发现包括通过结构纳米化、复合化、有序化设计和功能导向组装, 实现了碳材料跨越“纳-微-宏”的多层次孔道、多尺度网络、多组分界面的可调可控,构建了系列多功能精确耦合的微纳超结构碳材料,提出高效率、高 容量、高通量碳电极材料和功能组分的解决方案。

这其中就包括其建立的碳/碳和碳/非碳的多组分界面原位构筑方法,提出了表面掺杂锚定金属催化剂来高效形成碳/非碳耦合界面的新策略,实现了高通量的电 子输运和电荷分离,解决了电催化应用中碳与催化剂间电子转移阻抗大、利用率低的关键难题。

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