杨小平课题组、成均馆大学Ho Seok Park教授在《Advanced Energy Materials》发表文章

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北京化工大学杨小平教授团队、韩国成均馆大学Ho Seok Park教授在Advanced Energy Materials (影响因子：25.245)上合作发表题为“Ionic-Conducting and Robust Multilayered Solid Electrolyte Interphases for Greatly Improved Rate and Cycling Capabilities of Sodium Ion Full Cells”的研究工作。该研究以铋基合金化负极材料为研究对象，揭示了在醚类和酯类电解质中固体电解质界面层的显著差异及其对储钠性能的影响。
       虽然合金化负极材料具有较高的理论比容量，但其充放电过程中较大的体积膨胀使得固体电解质界面层难以稳定，从而造成电解液的持续分解并降低电池的循环寿命。对负极材料进行纳米化及碳包覆是目前主要的研究方向。具有精细纳米结构的负极材料可以减缓其在充放电过程中的体积膨胀并在一定程度上稳定固体电解质界面层。然而，其较高的制备成本和较低的振实密度使其难以在高负载时或器件中依然保持良好的性能，从而使其商业化应用难以实现。因此，如何从固体电解质界面层本身出发，通过调控其微观结构和组分使其自身在充放电过程中保持稳定，是一个重要且有意义的研究方向。
       本工作揭示了Bi/C负极材料在醚类电解质中可以实现快速的钠离子存储动力学并保持结构完整性。该优异性能得益于表面具有高离子电导的聚醚有机层，及内部富含致密无机层的多层固体电解质界面。此外，得益于固体电解质界面原位生成且连续这一特点， Bi/C负极可以在高负载量 (11 mg cm-2) 时依然保持和低负载量时几乎相同的质量比容量，从而实现较高的面积比容量 (3.3 mAh cm-2)。使用该体系匹配Na3V2(PO4)3正极时，所得全电池能量密度可达162 Wh kg-1。这项工作揭示了固体电解质界面层微观结构和组分对合金化负极材料的重要影响，为之后高性能合金化负极材料开发提供了理论指导。

固体电解质界面

图1. Bi/C负极材料在醚类电解质和酯类电解质中的储钠循环性能，形貌演变及阻抗分析

固体电解质界面

图2. 固体电解质界面层微观结构及组分分析

       该论文第一作者为北京化工大学、成均馆大学联合培养博士生原浩成，材料学院于运花教授、兰金叻副教授和成均馆大学Ho Seok Park为本文共同通讯作者，第一完成单位为北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室。本研究工作得到了中国国家自然科学基金、韩国国家科研基金(NRF)、中央高校基本科研业务费及北京化工大学博士研究生中外联合培养项目的支持。
       文章信息：Haocheng Yuan, Fengxin Ma, Xianbin Wei, Jin‐Le Lan*, Yuan Liu, Yunhua Yu*, Xiaoping Yang and Ho Seok Park*. Ionic-Conducting and Robust Multilayered Solid Electrolyte Interphases for Greatly Improved Rate and Cycling Capabilities of Sodium Ion Full Cells. Adv. Energy. Mater., 2020, https://doi.org/10.1002/aenm.202001418.
       全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202001418


       文章来源：北京化工大学
       杨小平，北京化工大学教授、博士生导师，有机无机复合材料国家重点实验室、国家碳纤维工程技术中心副主任，入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”、北京市领军人才，担任中国复合材料学会、中国硅酸盐学会玻璃钢分会理事。主要从事碳纤维树脂基复合材料、生物基复合材料和有机无机纳米能源材料等方向的科学与工程研究。作为负责人承担了国家自然科学基金、863、国家支撑、国防军工项目及美国波音公司、中韩政府间、法国EADS以及科技部国际合作等项目。在国内外发表学术论文近300篇，申请发明专利100余项目。荣获省部级特等奖1项目，技术发明奖一等奖1项，二等奖3项。
       于运花，北京化工大学教授。研究领域：1. 碳纤维增强树脂基复合材料界面优化；2. 有机-无机复合固体电解质材料；3. 碳基复合纳米纤维膜储能材料及器件（锂离子电池、钠离子电池、超级电容器、锂离子电容器等）
        兰金叻，北京化工大学副教授。于2008年和2013年分别获得清华大学材料科学与工程专业学士、博士学位，并于2013年7月以“优秀青年后备人才”加入北京化工大学材料学院，从事有机无机复合热电材料、生物陶瓷以及高性能锂离子电池正极材料研究。迄今为止，兰金叻博士在Adv. Mater., Appl. Phys. Lett., J. Am. Ceram. Soc等材料和物理领域的国际核心期刊上发表论文20余篇。