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爆米花里有乾坤-膨化大米也能作为电池材料

爆米花里有乾坤-膨化大米也能作为电池材料


一说起爆米花,总会勾起许多朋友儿时的回忆。每到过年期间,总有爆米花师傅走街串巷,在空地上不停的翻转火炉上的铁锅,然后铁管插进铁锅一只“耳朵”里用力一撬,“砰”的一声闷响,一股白烟冒出后,喷出在长布袋里的,就是热腾腾的爆米花。早已等在四周的孩子们,立刻把捂在耳朵上的双手放下,纷纷围上去闻爆米花香喷喷的味道。可大家肯定没有想到的是,就是如此一种传统的中国小吃竟然也登上了能源科学最前沿的舞台。


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近期,浙江大学涂江平教授课题组的夏新辉研究员团队浙江工业大学夏阳教授团队和清华大学张强教授团队合作在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)报道了全球首例基于这种膨化大米的锂硫电池(Li-S Battery)的成果论著。文章表明,普通大米经过高温高压快速膨化之后,体积增加了20倍,其内部结构也从原来的致密状转变成了交联蜂窝多孔状。将其碳化后,结构也能保持如初,形成膨化大米衍生碳(PRC)(图1)


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图1. a)示意图描绘了PRC的制备过程。b)大米膨化前后的光学照片比较。c)PRC的光学照片。d-e)PRC的SEM图。h-i)PRC的TEM图。


目前锂硫电池的正极研究的主要方向落在如何更加有效的利用导电性较差的单质硫和吸附容易溶解的中间产物上,研究团队为了解决这些问题,他们利用PRC这种特殊的三维蜂窝状多孔结构,并结合金属盐造孔技术,原位制备了一种全新的蜂窝状多层级孔径碳/纳米金属镍复合材料(PRC/Ni)(图2)


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图2. a-d)PRC/Ni的SEM照片。e-f)PRC/Ni的TEM照片


测试表明,这种蜂窝状多层级孔径碳/纳米金属镍复合材料的比表面积高达1492.2 m2 g-1. 得益于这种特殊的多孔性结构,PRC/Ni复合材料能够储存大量的硫单质并充分的利用,并能能够对中间产物进行物理/化学的双重吸附作用,因此电化学性能得到了极大的改善。(图3)


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图3. a) PRC/Ni/S电极的CV曲线, b) 倍率性能测试, c)0.5C下充放电曲线,d) 阻抗测试, e)循环测试, f-g)高载硫量的循环倍率测试以及对应充放电曲线。


这项研究给储能领域研究者们提供了全新的设计思路。点击“阅读原文”即可查看原文。

 


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