方岱寧院士、陳浩森、宋維力團(tuán)隊在材料類頂級期刊Adv. Energy Mater.上發(fā)表文章
? ? ? 鋰資源在地殼中含量匱乏，我國鈷資源長期依賴于進(jìn)口，僅鋰離子電池三元正極材料的成本占到了國內(nèi)動力鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)四大關(guān)鍵材料（正極，負(fù)極，電解質(zhì)，粘結(jié)劑）成本的50%以上，并呈現(xiàn)每年遞增的趨勢；另一方面，我國石墨產(chǎn)量全球前三，同時炭質(zhì)資源非常豐富，如果能夠基于富礦炭質(zhì)資源發(fā)展低成本高性能儲能電池，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低成本炭質(zhì)資源的增值與高效利用，更重要的是能夠?yàn)榫徑怃囐Y源與鈷資源帶來的資源緊缺問題尋求更優(yōu)的替代方案。雙離子電池是一種正負(fù)極活性材料均可以采用石墨的非常規(guī)電池，不僅具有高電壓窗口（3~5 V），并且可以通過調(diào)控陰陽離子尺寸控制嵌入正負(fù)極石墨電極的狀態(tài)，獲得性能可調(diào)控，電壓窗口可調(diào)控的低成本儲能電池。
? ? ? 近期，在方岱寧院士的指導(dǎo)下，團(tuán)隊陳浩森、宋維力副教授等與北京科技大學(xué)焦樹強(qiáng)教授團(tuán)隊密切合作，基于自主發(fā)展的原位電池力學(xué)/電化學(xué)耦合可視化表征技術(shù)，在雙離子電池力學(xué)/電化學(xué)耦合方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果在國際頂級期刊Advanced Energy Materials（2017年影響因子21.875）上發(fā)表。該工作基于石墨與生物質(zhì)等富礦炭資源，通過生物質(zhì)衍生物發(fā)展超輕三維網(wǎng)絡(luò)炭集流體，并在此集流體上負(fù)載石墨活性物質(zhì)，獲得了全炭電極；通過正負(fù)極電荷匹配，集成了正負(fù)極均為全炭電極的全炭雙離子電池。從而有望同時解決了目前雙離子電池中存在三個關(guān)鍵問題：（I）傳統(tǒng)金屬集流體負(fù)載活性物質(zhì)占比偏低的問題，（II）傳統(tǒng)金屬集流體電化學(xué)腐蝕的問題，（III）石墨正極體積變形嚴(yán)重的問題。該全炭雙離子電池的實(shí)現(xiàn)為發(fā)展低成本、高性能、電化學(xué)穩(wěn)定，機(jī)械穩(wěn)定的雙離子電池提供了嶄新的思路，為炭質(zhì)資源的增值與高效利用拓展了新方向，為緩解傳統(tǒng)鋰離子電池中鋰資源與鈷資源緊缺問題提出了備選方案。
圖1. 雙離子電池原位光學(xué)可視化平臺驗(yàn)證：（a）原位裝置示意圖，（b, c）全碳雙離子電池正極與傳統(tǒng)鋁集流體涂覆石墨正極的脫嵌陰離子體積變化圖, （d, e）截面厚度變化，（f）兩種正極對應(yīng)的體積變化率比較。
圖2.六種不同雙離子電池電化學(xué)性能：（a）CV，（b）EIS，（c）放電比容量，（d）倍率，（e）5C下長循環(huán)（1C=100 mA g-1）。ACE代表正負(fù)極均采用三維炭網(wǎng)絡(luò)集流體涂覆石墨構(gòu)造全碳電極與全碳雙離子電池。
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