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万博manbetx手机客户端在高性能钠离子全电池领域取得重要进展

发布时间:2018-03-20   访问人数:

近日,万博manbetx手机客户端吴兴隆副教授研究小组在材料类国际著名学术期刊Advanced Energy Materials2018, 10.1002/aenm.201703252,影响因子:16.721)上发表了题为“An Ultralong Lifespan and Low-Temperature WorkableSodium-Ion Full Battery for Stationary Energy Storage”的文章,成功设计了一类新型钠离子全电池,表现出超长循环寿命以及优异低温和倍率性能。由于研究成果具有明显应用性且达到实用化水平,在论文发表之前,还申请了相关发明专利4项。

本研究工作以前期开发的高比能Na3V2(PO4)2O2F材料(简写为NVPOFAdvanced Materials 2017,29, 1701968Advanced Energy Materials 2018,8, 1702504)为正极,新制备的3DSG纳米复合材料为负极,设计装配了工作机理如图1a所示的高性能钠离子全电池3DSG//NVPOF。图1b为所得3DSG//NVPOF钠离子电池的比容量随电流密度的变化情况。可见,在0.02 A g-1这样的低电流密度下,3DSG//NVPOF的比容量达128.1 mA h g-1;当电流密度逐渐增加至2 A g-14 A g-1,其比容量仍可为83.172.7 mA h g−1。以电流密度为2 A g-1进行举例计算,与0.02 A g-1相比,尽管电流密度增加了100倍,其容量损失率仅为35.1 %。表明装配的3DSG//NVPOF钠离子全电池具有优异的倍率性能。更重要的是,该3DSG//NVPOF电池表现出超长的循环寿命。例如,在室温和1 A g-1的电流密度下循环15000次后,其容量保持率仍高达86.3%。如果以容量保持率为80%作为电池寿命的评价标准,按照使用过程中每天进行1次完全充放电进行计算,该电池的使用寿命可达60年以上。

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1. 3DSG//NVPOF钠离子全电池在室温条件下的储能性能:(a)工作原理示意图;(b)不同电流密度下测试所得的倍率性能;插图为单片软包电池可点亮47个绿色LED灯泡组成的显示屏;(c)在电流密度1 A g-1下的循环性能测试结果。

除了室温下的优异高倍率和长循环寿命外,如图2所示,所装配3DSG//NVPOF钠离子全电池还表现出非常优异的低温储能性能。以0.04 A g-1的电流密度为例,以25 °C下的比容量为标准,15 °C5 °C-5 °C-15 °C-25 °C下的容量保持率分别为~97.8 %97.5 %85.5 %75.1 %60.7 %。图2c还进一步给出了3DSG//NVPOF钠离子全电池在不同温度下的循环性能。可以看出,在0.4 A g-1这一电流密度的测试条件下,随着测试温度从25°C逐渐降低到15 °C5 °C-5 °C-15 °C-25 °C,经过1000圈循环后,相应的容量保持率值分别为96%95%90%94%89%75%,表明该电池还可在低温下长时间地循环使用。

 

2.3DSG//NVPOF钠离子全电池的低温储能性能:(a)容量保持率随电流密度和温度的变化情况;不同温度下(b)功率密度和能量密度之间的关系以及(c)循环稳定性能。