我所發表納米反應器用于金屬硫族電池的綜述文章

  近日,我所催化基礎國家重點實驗室微納米反應器與反應工程學研究組(05T7組)劉健研究員團隊、二維材料化學與能源應用研究組(508組)吳忠帥研究員團隊,和天津大學梁驥教授研究團隊聯合發表題為“Engineering Nanoreactors for Metal-Chalcogen Batteries”的綜述文章,系統介紹了納米反應器在金屬硫族電池中的研究現狀與應用前景。

  在各類電化學儲能技術中,金屬硫族電池由于成本低、能量密度高的優勢被視為傳統鋰離子電池的替代品。然而實現電極材料的合理設計和可控合成仍然存在很大的挑戰。金屬硫族電池電極基本功能包括:(1)導電基體;(2)容納活性物質;(3)固定反應中間物種;(4)加速活性物質氧化還原;(5)穩定金屬負極。研究表明金屬硫族電池的納米反應器的電極理性設計可以在單個電極材料實現上述的一種或者多種功能,因而受到廣泛關注。

  該綜述首先介紹了納米反應器的基本概念和特點;然后系統的介紹了構建不同形貌和尺寸的納米反應器的主要合成策略;重點介紹了金屬硫族電池電極材料的主要功能,以及如何通過納米反應器的設計和工程賦予電極納米結構實現高比能金屬硫電池;此外,文章還系統的總結了一些在金屬硫族電池中應用的典型納米反應器;最后,對納米反應器在金屬硫族電池中的應用和未來發展進行了展望。

  劉健團隊長期致力于納米多孔碳材料及納米反應器的研發,并開展了其在可持續能源存儲與轉化方面的應用研究(Adv. Mater.,2019;Chem. Soc. Rev.,2021)。吳忠帥團隊長期致力于高比能電池的研究工作(Angew. Chem. Int. Ed.,2020;Energy Environ. Sci.,2020;Adv. Energy Mater.,2020)。此外,劉健團隊和吳忠帥團隊還優勢互補,基于納米反應器空間限域電極材料的高比能金屬硫電池開創了一系列原創性研究工作,如發展了基于硫化鐵基和單原子鋅的納米多孔碳球納米反應器用于高性能鋰硫電池(Adv. Energy Mater.,2020;Adv. Energy Mater.,2020),開發了中空碳球負載Co單原子催化劑用于高倍率Li-Se電池正極材料(Nature Commun.,2020)。

  相關工作發表在Energy Environmental Science上。該工作得到了遼寧省自然科學基金、遼寧省“興遼英才計劃”、中科院潔凈能源創新研究院合作基金等項目的資助。(文/圖 石浩東、Yash Boyjoo)

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