近期，我校材料與能源學(xué)院/生物基材料與能源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室梁業(yè)如教授在碳基儲能材料研究中取得新進(jìn)展,。相關(guān)研究結(jié)果以“Nanoconfined carbonization enabling high-density porous carbon for jointly superior gravimetric and volumetric zinc-ion storage”,、“A general strategy toward enhanced electrochemical and mechanical performance of solid-state lithium batteries through constructing covalently-bonded electrode materials/electrolyte interfaces”為題，分別在Energy & Environmental Science（中科院一區(qū)，影響因子32.4）,、Advanced Functional Materials（中科院一區(qū),，影響因子18.5）期刊上發(fā)表。
多孔炭材料具有比表面積高,、孔結(jié)構(gòu)可調(diào),、表面化學(xué)性質(zhì)可控和導(dǎo)電率高等優(yōu)點(diǎn)，在能源儲存,、農(nóng)業(yè)環(huán)境,、石油化工和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前,，設(shè)計(jì)合成兼具高孔隙率和高密度的炭材料,，是該領(lǐng)域面臨重要挑戰(zhàn)，也是性能提升和應(yīng)用拓展的關(guān)鍵所在,。有鑒于此,，研究團(tuán)隊(duì)提出納米限域炭化策略,，成功制備出高密度多孔炭材料，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量和體積容量鋅離子存儲,。團(tuán)隊(duì)利用溶膠-凝膠反應(yīng)將碳源（即葡萄糖和尿素）封裝到SiO2納米網(wǎng)絡(luò)中,，由此，葡萄糖和尿素產(chǎn)生的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物被限域在SiO2納米網(wǎng)絡(luò)中,，并原位炭化形成致密的炭材料,。研究發(fā)現(xiàn)，這種納米限域炭化策略能夠有效避免膨脹炭材料的形成,，是實(shí)現(xiàn)高密度的關(guān)鍵,。采用該方法制備得到的高密度多孔炭材料比表面積和密度分別為591 m2 g-1和0.78 g cm-3；當(dāng)用作鋅離子混合超級電容器正極時(shí),，其質(zhì)量比電容和體積比電容分別高達(dá)453 F g-1和353 F cm-3,，優(yōu)于同類先進(jìn)碳基正極材料。此外,，通過對其儲鋅機(jī)理的研究,，發(fā)現(xiàn)最佳儲鋅孔尺寸范圍為1.2~5.5 nm，而大于5.5 nm的孔尺寸對離子的快速傳輸至關(guān)重要,。
與此同時(shí),，針對當(dāng)前碳基電極/固態(tài)電解質(zhì)界面因相互作用力弱而導(dǎo)致電化學(xué)性能不理想的弊端，研究團(tuán)隊(duì)從固?固界面構(gòu)建的源頭出發(fā),，提出共價(jià)鍵合電極/電解質(zhì)界面的創(chuàng)新思路,，成功開發(fā)了一種可實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池電化學(xué)與機(jī)械性能雙重增強(qiáng)的策略，為有效解決當(dāng)前固態(tài)電池面臨的固-固界面相容性差和界面電阻大的技術(shù)難題提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),。團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)合成具有高離子電導(dǎo)率的富氧遙爪聚合物電解質(zhì)基礎(chǔ)上,，利用其活性端基與改性電極表面化學(xué)官能團(tuán)反應(yīng)形成強(qiáng)的共價(jià)鍵，增強(qiáng)了固態(tài)電解質(zhì)與電極之間相互作用力,，由此顯著降低了電極/固態(tài)電解質(zhì)界面電阻,，并提高了固體鋰電池的電化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，為固態(tài)電池在可穿戴設(shè)備,、柔性顯示屏以及便攜式電子設(shè)備中的應(yīng)用提供了可能,。
發(fā)表在Energy & Environmental Science上論文的第一作者為我校2024屆碩士研究生陸鎵聰，通訊作者為我校梁業(yè)如教授,；發(fā)表在Advanced Functional Materials上論文的第一作者為我校2023屆博士研究生張偉財(cái)（現(xiàn)為松山湖材料實(shí)驗(yàn)室博士后）,，通訊作者為我校梁業(yè)如教授、劉應(yīng)亮教授與松山湖材料實(shí)驗(yàn)室劉利峰研究員,。第一單位均為我校材料與能源學(xué)院,。上述研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（52373074）、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目（2024B1515020017）等項(xiàng)目的支持。
相關(guān)論文鏈接：
https://doi.org/10.1039/D4EE02163K
https://doi.org/10.1002/adfm.202404795
文圖/材料與能源學(xué)院
