[00034215]基于POMs的新型儲能材料

一、項目簡介 電化學儲能是清潔高效的能量利用方式，是未來綜合解決資源、環境問題的主要技術途徑。傳統的鋰離子電池一直使用LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等幾種正極材料，存在材料比容量、比功率均較低，且難以再生等問題。因此，研發新型電化學儲能材料是人們追求的目標。POMs開放式的結構適合大的金屬陽離子（比如Na+、Mg2+等）的快速傳輸，單個多金屬氧酸鹽團簇處于納米尺寸（1～5nm）在發生可逆的多電子的電化學氧化還原反應的時候能夠保持其團簇結構的穩定，從而實現穩定的高能量密度和高功率密度；該類材料易于設計合成，易于回收，是未來極具發展潛力的新型儲能材料。 二、前期研究基礎 研究團隊和合國際上POMs研究領域最強的課題組英國Glasgow大學Leroy Cronin教授課題組合作，首次開展基于POMs儲能材料的系統研究，研發出超高功率鋰離子儲能體系和鈉離子電池正極材料。 三、應用技術成果 我們首次報道了Li7[V15O36(CO3)]作為鋰離子電池正極材料在1.9-4.0 V的電壓窗口范圍能發生穩定可逆的14個電子的反應，表現出250 mAh g-1的放電比容量，而且依然能夠保持Li7[V15O36(CO3)]團簇結構的穩定。展示出POMs材料作為儲能材料的應用潛力。同時，后續的研究發現{V15O36(CO3)}團簇中，由于不同位點的釩展示出不同的電化學性能，對金屬鋰表現為不同的氧化還原電位，因此{V15O36(CO3)}團簇展示出同時作為正極和負極的潛力，作為鋰離子對稱電池，在100 A g-1的電流密度下仍然能夠提供高達51.5 kW kg-1的能量密度。同時在1 A g-1的電流密度下循環500周，容量保持率仍然在80%以上。顯示出POMs材料良好的結構穩定性和循環性能。進一步的研究表明， {V15O36(CO3)}團簇不僅具有良好的儲鋰能力，而且作為鈉離子電池材料也顯示出優異的性能。 {V15O36(CO3)}團簇作為鈉離子電池正極材料能夠釋放240 mAh g-1的容量，全電池的能量密度可以達到390 Wh kg-1（Adv. Mater. , 2015, 27, 4649–4654; Adv. Energy Mater. 2017, DOI: ）。 基于POMs材料的電池示意圖，被用作AEM雜志封面 四、合作企業 無