吴兴隆课题组Adv.Mater：柔性钠/钾离子电池领域取得系列研究进展

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随着轻质、便携、柔性和可穿戴电子产品的发展，柔性二次电池引起了研究者的广泛关注。在保持高性能的前提下实现结构的柔韧性，将是一个富有挑战性的瓶颈难题。其中，新型柔性高性能电极的设计与制备是最关键的核心问题之一。针对该问题，近日，我院吴兴隆教授小组连续在《Advanced Materials》和《Advanced Energy Materials》等顶级学术期刊发表了封面文章，报道了研究小组在柔性钠/钾离子电池及其柔性电极方面取得的重要研究成果。

       以常见的柔性纸巾为生物质类前驱体，通过控制碳化条件，设计制备了自支撑柔性硬碳电极，将其用作钠离子电池负极时，表现出高的初始库伦效率和优异低温性能，相关成果以以“Self-Supporting, Flexible, Additive-Free, and Scalable Hard Carbon Paper Self-Interwoven by 1D Microbelts: Superb Room/Low-Temperature Sodium Storage and Working Mechanism”为题发表于Advanced Materials（2019, 31 (40), 1903125，全文链接为：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903125）上，并被遴选为杂志当期内封面进行了重点介绍。如图1所示，在醚类电解液中，这种柔性自支撑硬碳电极负极实现了高达91.2 %的初始库伦效率，表现出了高倍率性能、长循环寿命和非常优异的低温性能（-25℃下的储钠容量保持率达室温时的89.0%）。此外，还揭示了该柔性电极在“吸附-插层”储钠过程中的动力学决速过程。
       进一步地，以商品化棉布为原料，通过控制碳化条件和P掺杂技术，提升了棉布衍生柔性碳布电极储能性能（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (14), 12518和ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10 (21), 17903）的基础上，进一步以该类碳布为正极集流体和支撑电极，开发了高性能柔性钠/钾离子全电池，相关成果以“Flexible Na/K-Ion Full Batteries from the Renewable Cotton Cloth-Derived Stable, Low-Cost, and Binder-Free Anode and Cathode”为题发表于Advanced Energy Materials（2019, 9 (38), 1902056，全文链接为：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201902056）上，并被遴选为杂志当期背封面进行了重点介绍。如图2所示，以棉布衍生所得碳布为钠/钾离子电池负极和正极的柔性基底，活性普鲁士蓝立方体原位生长于碳布上后为柔性正极，组装的钠/钾离子全电池表现出优异的电化学性能、柔韧性以及实用性。该研究为柔性电极的设计提供了新的研究思路，有望进一步开发出更高性能的柔性锂/钠/钾等二次电池并促进其实用化。


       吴兴隆，东北大学教授，博士生导师，中科院化学所获得博士学位，北京理工大学获得硕士学位，长期从事纳米新能源材料与器件（锂离子电池、钠离子电池和电化学电容器等）方面的研究工作，已在Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Nano Energy等国际著名学术期刊发表研究论文100多篇，其中9篇被评选为ESI top 1%高引用研究论文，文章总引用超过5000次以上，H-index为32；授权或申请发明专利10余项，负责了锂离子电池正极材料从实验室到中试，再到小规模工业化生产的全过程，实现了其优化改性和定型生产，开发了锂离子动力电池、移动基站电池组等多款高性能锂离子电池产品。作为项目负责人或主要技术骨干，负责或参与了科技部、国家自然科学基金委、中科院、博士后科学基金等多个研究课题，获得了教育部自然科学研究成果一等奖、中国科学院科技成果转化二等奖、中国材料研究学会科学技术二等奖、第二届中国青少年科技创新奖、第九届“挑战杯”特等奖、中国电化学会优秀论文奖等多项科技奖励和荣誉称号。