高性能多孔TiO2基介觀晶體鈉離子電池負極材料的研究

《高性能多孔TiO2基介觀晶體鈉離子電池負極材料的研究》是依託福建師範大學，由洪振生擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高性能多孔TiO2基介觀晶體鈉離子電池負極材料的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：洪振生
• 依託單位：福建師範大學

項目摘要

缺乏高性能的負極材料是制約鈉離子電池（NIBs）套用的一大瓶頸。本項目擬設計構築多孔結構的TiO2基介觀晶體作為NIBs負極材料，著重考察TiO2介觀晶體微結構，如孔徑、比表面積和晶粒尺寸對儲鈉性能的影響，探索比較不同晶相TiO2介觀晶體在NIBs中的套用，並揭示其電化學儲鈉機制；自組裝原位合成碳及石墨烯共包覆的多孔TiO2介觀晶體，進一步提高電極材料的電子或離子電導率，改進其倍率性能。經過系統研究，構建具有優異儲鈉性能的TiO2基介觀晶體電極材料，為開發設計高性能NIBs電極材料提供重要的理論和套用指導。

結題摘要

缺乏可用的負極材料是制約鈉離子電池（NIBs）套用的一大瓶頸，納米結構TiO2在NIBs 負極材料中具有良好的套用前景，但是關於TiO2 的儲鈉電化學機制和儲鈉性能迫切需要進一步的研究和改進。 在本項目的資助下，我們開發了一系列不同晶相、形貌和結構的TiO2基介觀晶體材料，深入系統研究了材料的電化學儲鈉性能和儲鈉機制，同時利用表界面改性進一步提高鈦氧化物電極材料的儲鈉性能，所取得的主要進展和成果如下：（1）採用自組裝法一步合成多孔TiO2 基介觀晶體，製備出具有大比表面積、形貌可調可調的金紅石TiO2介晶，並發現其具有優異的儲鈉性能。（2）在無添加劑的低溫（80oC）條件下，成功地一步合成分級結構的金紅石TiO2介晶，深入探討了這種材料的形成機制。該材料比普通商業化的納米離子明顯具有更高的容量和倍率性能。EIS譜和CV曲線研究發現金紅石TiO2納米晶可以通過贗電容過程來儲存鈉離子。（3）設計了一種碳包覆TiO2介晶嵌入到石墨烯的納米複合材(TiO2@C-rGO)，這種複合材料在0.1A/g電流密度下，TiO2@C-rGO 複合材料可逆容量達到300 mAh/g；在1 A/g的大電流密度下循環1000次後，其可逆容量仍可穩定在159 mAh/g。（4）通過熱處理金屬有機框架前驅體MIL-125(Ti)-Co進行原位合成金屬離子摻雜的介孔TiO2作為鈉離子電池負極材料，利用開爾文掃描探針顯微鏡研究材料的物理化學特性對其增強儲鈉性能的影響。（5）通過利用具有多孔和層狀結構的S摻雜的TiO2納米片作為陽極，並改換傳統的酯類電解液為醚基電解質，使得TiO2負極的首次效率達到創紀錄高的88.6％；與Na3V2(PO4)3陰極配對，我們成功的組裝了具有高能量和功率密度的儲鈉全電器件。這一系列研究成果為開發設計高性能TiO2基及其它鈉離子電池負極材料提供重要的理論和套用基礎。