近日，大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黃昊教授的能源材料及器件實(shí)驗(yàn)室在影響因子高達(dá)11.553的國(guó)際能源領(lǐng)域頂級(jí)期刊《NanoEnergy》上，發(fā)表以“Fe3NconstrainedinsideCnanocagesasananodeforLi-ionbatteriesthroughpost-synthesisnitridation”為題目的研究成果。

該項(xiàng)研究針對(duì)鋰離子二次電池在循環(huán)過(guò)程中活性物質(zhì)嚴(yán)重體積膨脹造成電極粉化失效的瓶頸問(wèn)題，提出了碳約束氮化鐵納米核殼結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，在500次循環(huán)中電池仍能維持工作容量，未發(fā)現(xiàn)明顯衰減。

長(zhǎng)期以來(lái)，鋰離子電池高密度儲(chǔ)能與其電極材料穩(wěn)定性是一對(duì)矛盾體。要實(shí)現(xiàn)高密度儲(chǔ)能，電極就很難在長(zhǎng)期循環(huán)中保持完整和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

該項(xiàng)研究結(jié)合等離子體物理和化學(xué)氮化工藝,制備了碳約束氮化鐵納米材料作為鋰離子電池負(fù)極材料。這種新型的納米材料在微觀上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高密度儲(chǔ)能和結(jié)構(gòu)約束。電解液可以通過(guò)缺陷位置自由進(jìn)入碳層內(nèi)部，與活性物質(zhì)氮化鐵發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。

柔韌的碳?xì)げ粌H能夠緩解活性物質(zhì)儲(chǔ)放鋰過(guò)程中的體積漲縮、導(dǎo)致電極粉化失效問(wèn)題，同時(shí)碳層優(yōu)良的本征導(dǎo)電性為界面電荷快速轉(zhuǎn)移提供有效路徑，從而實(shí)現(xiàn)了碳約束氮化鐵納米材料在鋰離子電池中長(zhǎng)循環(huán)高密度充放電性能。研究成果為提升納米能源材料及器件工程化應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。