近年來(lái)，化石燃料的大量消耗以及日益突出的環(huán)境問(wèn)題推動(dòng)了諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能和潮汐能等可再生能源的快速發(fā)展。

然而，由于可再生能源發(fā)電具有分散性和間歇性的缺點(diǎn)，限制了其大規(guī)模應(yīng)用，因此開(kāi)發(fā)能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)和成本低的新型電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)（EESS）迫在眉睫。

由于多價(jià)金屬離子在電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中的高效性，基于多價(jià)金屬離子(Mg2+、Zn2+和Al3+等)的EESS具有巨大的應(yīng)用前景。其中，鋁離子在充放電過(guò)程中可釋放三個(gè)電子，金屬鋁的理論質(zhì)量比容量為2980mAhg-1，僅次于鋰（3870mAhg-1）；鋁的體積比容量高達(dá)8050mAhcm-3，是目前所有金屬中最高的。因此可逆鋁離子電池（RAIB）被認(rèn)為是未來(lái)極具發(fā)展?jié)摿Φ碾娔艽鎯?chǔ)系統(tǒng)。

與石墨基正極材料相比，金屬硫族化合物正極材料具有更大的初始放電容量。然而，金屬硫族化合物的循環(huán)性能普遍較差，阻礙了高容量RAIB的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。因此，深入研究此類正極材料的能量?jī)?chǔ)存和容量衰減機(jī)制十分必要。

近日，中國(guó)石油大學(xué)（華東）重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室閻子峰教授和邢偉教授團(tuán)隊(duì)與昆士蘭大學(xué)納米材料研究中心王連洲教授合作，在新型鋁離子電池(AIB)研究中取得重要進(jìn)展。

科研論文“用于高性能鋁離子電池的二硒化鈷/碳納米骰子@還原石墨烯（CoSe2/CarbonNanodice@rGO）復(fù)合材料”（StableCoSe2/CarbonNanodice@ReducedGrapheneOxideCompositesforHigh-performanceRechargeableAluminum-ionBatteries），以封底文章（BackCover）的形式在國(guó)際能源與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Energy&EnvironmentalScience在線發(fā)表（IF30）。論文第一作者為該校2015級(jí)博士研究生蔡同輝，閻子峰教授和邢偉教授為共同通訊作者，中國(guó)石油大學(xué)（華東）為研究成果第一署名單位和唯一通訊單位。

研究過(guò)程

在這項(xiàng)工作中，蔡同輝首先制備了一種金屬硫族化合物復(fù)合材料（CoSe2/CarbonNanodice），并進(jìn)行了詳細(xì)的電化學(xué)測(cè)試和結(jié)構(gòu)表征，以揭示其儲(chǔ)能機(jī)理。

研究結(jié)果表明，在放電過(guò)程中Al3+可嵌入到CoSe2晶體，生成單質(zhì)Co和AlmConSe2（即Al3+取代CoSe2中的部分Co2+）。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，該電極材料的容量衰減可歸因于充放電過(guò)程中活性鈷物種的溶解流失，以及CoSe2復(fù)合材料的粉化。在此容量衰減機(jī)制的指導(dǎo)下，作者采用靜電自組裝法將rGO緊密包覆CoSe2/CarbonNanodice，得到新型CoSe2/CarbonNanodice@rGO復(fù)合材料。

研究結(jié)果表明，rGO包覆實(shí)現(xiàn)了抑制Co溶解、緩解CoSe2/CarbonNanodice材料粉化以及增加導(dǎo)電性的三重目的，從而顯著提高了電極材料的循環(huán)性能。該新型復(fù)合材料經(jīng)過(guò)500次循環(huán)測(cè)試后放電容量仍然可達(dá)143mAhg-1，比此前報(bào)道的金屬硫族化合物材料的循環(huán)性能有顯著提高。兼顧放電容量和循環(huán)壽命這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，CoSe2/CarbonNanodice@rGO復(fù)合材料的儲(chǔ)電性能優(yōu)于此前報(bào)道的所有正極材料。

研究團(tuán)隊(duì)

閻子峰教授和邢偉教授團(tuán)隊(duì)主要從事催化材料、儲(chǔ)能材料等方向的研究。

近五年來(lái)，在電化學(xué)儲(chǔ)能材料方向承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)杰出青年基金、山東省自然科學(xué)重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、山東省泰山學(xué)者青年專家計(jì)劃等項(xiàng)目，在Energy&EnvironmentalScience、AdvancedFunctinoalMaterials等SCI一區(qū)期刊發(fā)表論文26篇，參與申報(bào)的研究成果獲山東省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

研究獲得肯定

相關(guān)科研成果得到國(guó)際審稿專家及期刊主編的充分肯定，一致認(rèn)為這項(xiàng)工作不僅開(kāi)發(fā)了一種新型高性能RAIB正極材料，同時(shí)為金屬硫族化合物的儲(chǔ)能和容量衰減機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于推動(dòng)高容量RAIB的發(fā)展具有重要意義。

Energy&EnvironmentalScience期刊由英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)（RSC）創(chuàng)辦，在能源和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域400余份期刊中排名第一，是世界公認(rèn)的能源與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)刊物，2018年7月最新公布的影響因子（IF）為30.067。