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上海市电力材料防护与新材料重点实验室研究取得重要进展

时间:2017-04-13点击率:10

我校上海市电力材料防护与新材料重点实验室研究人员近期在电力能源材料领域连续获得重要成果,受到同行关注。

金属氧化物纳米晶粒子由于零维下呈现出特殊的力学、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能,被广泛应用于光催化剂、太阳能电池、磁存储器以及电化学储能装置,尤其是锂离子电池和超级电容器领域,为构建高性能的电极材料提供了有效的结构单元。彭怡婷博士运用水热法成功制备具有多级孔结构的TiO2/CNT复合材料,其中TiO2晶粒形成的具有介孔结构的笼内碳管穿插进入,呈现糖葫芦状的三维导电连续网络。该结构赋予金属氧化物晶粒具有更高的容量,电压运行范围窗口更广,有助于提高导电性和提供离子扩散路径,同时具有超长的循环寿命。相关成果发表在能源材料领域顶级期刊Nano Energy(JCR一区,IF=11.553)( Nano Energy, 2017, 3; DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.03.003)

    此外彭怡婷博士还运用溶液氟掺杂法,利用硅烷前驱体成功地合成了具有可调控孔隙率和富含氟的纳米多孔碳。这是首次通过高斯计算证明了多氟碳表面具有高孔隙率,并为有机电解质提供了更强的亲和力和润湿性。优化后的富氟纳米多孔碳在均衡单体中表现出168F/g的高比电容,并且经过10,000次高倍率循环后仍然具有良好的保持率,成果也发表在Nano Energy, 2016, 1, 21:80-89

    刘海梅教授在工程技术类重要期刊Journal of Materials Chemistry A(JCR一区,IF=8.262)在线发表了论文,题目为A Flexible Symmetric Sodium Full Cell Constructed Using the Bipolar Material Na3V2(PO4)3Journal of Materials Chemistry A, 2017, DOI: 10.1039/C7TA01477E)。

近年来,由于柔性、便携式、可穿戴等设备的迅速发展,科研人员一直致力于寻找能够满足于这些设备的柔性电极材料。钠离子电池因其原材料储量丰富、价格便宜、对环境友好等特点,逐渐成为研究热点。该课题组研究人员以石墨烯作为负载,通过真空抽滤法制备出Na3V2(PO4)3复合石墨烯的柔性电极材料并且同时作为正极又作为负极组装成为全对称钠离子电池,展现出了良好倍率性能和长循环寿命特点。在电流密度为0.5C的情况下,具有75mAh/g的放电比容量,直到10C时,仍然具有稳定的电量输出。根据分析,该电极材料优异的电化学性能主要是由于Na3V2(PO4)3复合石墨烯具有的类三明治结构所带来的高导电性能。该项目成果为制备大容量、长寿命的柔性电源提供了思路,并将为柔性可穿戴设备提供价格低廉、安全性能高的柔性电源。

    可穿戴电子学、主动式传感以及人机界面等方面的广泛应用,自驱动微纳系统的相关技术成为当前的一个研究热点。摩擦纳米发电机作为当前重要的可再生能源技术,收集自然环境中能量并转化为电能,可作为自驱动的能源供给。郑莉博士利用单电极的纳米摩擦发电机所产生的强电场,实现了对微小液滴以及微小金属球的运动控制,节省了电池供给环节以及复杂的控制电路,从而实现了自驱动的静电调控系统,相关成果发表在材料工程类顶级期刊Advanced Functional Materials,(JCR一区,IF=11.382)Advanced Functional Materials,2017, adfm. 201606408)。

    以上成果分别得到了上海市电力材料防护与新材料重点实验室以及国家自然科学基金项目,国家重点研发计划项目,上海市科委等项目的支持。