鋰電池的發展因其能量密度提升緩慢，成本居高不下，在快充、溫度適應、大規模應用（電動汽車、儲能）以及資源豐度方面遇到了挑戰。因此尋找新的二次電池技術成為重要研究方向。近期，物理學院先進材料與儲能器件團隊張文明教授、李戰雨博士等人在此方面研究取得一系列新進展。

該團隊利用靜電紡絲技術結合原位生長及高溫熱解工藝，設計合成出系列多功能納米催化劑：類千層草結構的CoNC/NCNTs@CNF、三維結構的Co₉S₈-MoS₂@N-CNAs@CNFs、CoNi alloy/NCNSAs/CC、CoN_xC@CNFs和一維結構的Co₃O₄/Mn₃O₄/CN_x@CNFs。這些催化劑不僅成本低廉、制備工藝簡單，而且得益于它們的多級結構和豐富的活性位點，表現出優異的析氫、析氧和氧還原性能，使鋅空氣電池性能大幅提升，最高功率密度可達308 mW cm^-2，遠優于商業鉑碳催化劑，且價格低廉，具有良好的市場應用前景。相關工作發表在ACS Appl. Mater. Inter.2020, 12, 10280;Compos. Part B-Eng.2020, 193, 108158;J. Energy Chem.2020, 51, 323等期刊。

此外，該團隊通過對電極材料的微納結構精準設計和可控制備方法的創新，研發出系列低成本、高比容量和高穩定性的新型離子電池電極材料：細菌纖維素衍生的Co₃O₄@N-CNFs、三維結構的中空碳纖維負載NiCo₂S₄、一維碳納米纖維鑲嵌碳包覆CoS₂納米粒子、膨脹石墨，實現了電池的能量密度和功率密度顯著提升，可使鈉離子電池在100 mA g^-1下的首圈放電比容量達到876 mAh g^-1，在3.2 A g^-1下循環1000次后仍保持148 mAh g^-1的比容量。同比條件下極大降低了新型離子電池的成本。相關工作發表在Chem. Eng. J.2020,380, 122548;J. Power Sources2020,467, 228323等期刊。

ACS Appl. Mater. Inter.、Compos. Part B-Eng.、J. Power Sources、Chem. Eng. J.、J. Energy Chem.等均為能源和材料領域的國際著名期刊（JCR一區top期刊）。以上工作得到了光學工程一流學科建設經費、國家自然科學基金、河北省杰出青年基金、河北省青年拔尖人才支持計劃、河北大學高層次引進人才項目等資助。

全文鏈接：

1ACS Appl. Mater. Inter.2020, 12, 10280

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b19193

2Compos. Part B-Eng.2020, 193, 108158

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108058

3J. Energy Chem.2020, 51, 323

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.04.067

4J. Power Sources2020,467, 228323

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228323

5Chem. Eng. J.2020,380, 122548

https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122548

（物理學院、科學技術處供稿）