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王连洲 | 空心太原试药志愿者结构正极材料在可充电电池中的应
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  空心结构材料因为比表面积高和可存取空间大, 展现出在光能获取、电子和离子传输以及质量载荷和扩散上的优势, 因而成为一类重要的功能材料, 在能量存储和转换、气体传感、环境修复、生物医药等诸多领域中具有应用。

  在电池材料中, 空心结构材料的应用可以显著提升材料的电化学性能。一方面, 空心结构有利于电解液的浸入并且增加电解液与电极材料的接触面积, 不仅提高了材料的可利用容量, 也通过缩短锂离子的扩散路径进而提升电池的倍率性能。另一方面, 空心结构可以缓释材料在材料充放电过程中的体积变化, 从而减少材料在反复充放电过程中的粉化, 延长电池的循环寿命。

  近年来, 空心结构的应用不仅推动了很多新型负极材料的发展, 对于下一代正极材料的探索和改性也作出了一定贡献。近日, 澳大利亚昆士兰大学王连洲教授课题组在Science Bulletin贰零贰零年第陆期发表了题为“Hollow structured cathode materials for rechargeable batteries”的综述 , 系统总结了具有空心结构的正极材料在可充电电池, 尤其是是在锂离子电池和钠离子电池中最新研究进展。第一 为昆士兰大学博士后研究员朱晓波。

  综述总览图

  该文首先探讨了空心结构的分类以及其在正极材料中应用带来的优势和潜在的问题。随后根据电池和正极材料类型, 具体介绍了空心结构应用在不同类型正极材料所取得的成果, 包括合成方法、结构特点和性能提升程度。对于下一代高比容量正极材料(比如富锂层型氧化物、钒基氧化物、硅酸盐等)的电学性能, 由于这些材料往往表现出较低的电子电导率、离子扩散系数和较高的体积变化率, 空心化策略的效果尤为突出。

  最后, 对该领域未来的发展前景和方向进行了展望:

  (壹) 探索空心结构的空间结构精确控制, 尤其是控制得到平衡的空心体积率, 以兼顾倍率性能和体积能量密度; (贰) 探索空心结构的新型绿色低成本和规模化的合成, 为商业化应用提供基础; (叁) 通过原位和非原位手段研究空心结构在电化学反应中的贡献和演变, 从而指导新型微观结构的设计;(肆) 关注空心结构在实太原试药志愿者际使用中的表现, 尤其是压实条件对性能的影响。


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