“离子插层”赝电容电极材料在钠离子混合电容器上的应用研究

Sodiun-ion hybrid capacitor is an effective energy-storage device to realize high energy, high power, low cost, and long life. However, little excellent electrode material has been found to fabricate high-performance sodium-ion hybrid capacitor. With high capacity and fast ion transmission, sodium-ion-intercalation pseudocapacitance electrodes exhibit huge potential applications to improve the energy and power of sodium-ion hybrid capacitors. We will design and synthesis three-dimensional binder-free sodium-ion-intercalation pseudocapacitance electrodes, such as MoS2, MoO3, and so on, study the reaction-diffusion kinetics of sodium ions in the electrodes. Meanwhile, we will also perfect the sodium-ion-storage performance by optimizing the surface electronic states and defects in the materials, to fabricate high-energy, high-power, and long-life sodium-ion hybrid capacitors.

钠离子混合电容器是实现高能量、高功率、低成本、长寿命储能的一种有效器件。但是目前还没有适用于钠离子混合电容器的、性能优异的电极材料。钠离子插层赝电容电极材料具有高的钠离子存储容量、较快的钠离子存储速率，对提高钠离子混合电容器的能量和功率有很大的意义。本项目将设计并制备三维无粘结剂的离子插层赝电容电极材料，如MoS2、 MoO3等，研究其钠离子反应扩散动力学。并通过调节电极材料表面电子态、电极材料中的缺陷等方法，改善材料的钠离子存储性能，以制备高容量、高功率、长寿命的钠离子混合电容器。

作为一种重要的电化学能源存储器件，钠离子电池受到了极大的关注。本项目在低维层状材料的合成及其在钠离子电池上的应用展开系列研究。合成了无粘结剂的WS2纳米片，通过调控其原子结构，研究了原子的选择性，有利于对钠离子扩散路径的研究。制备了氮掺杂碳包覆的WS2纳米片，通过调控吡啶氮和吡咯氮的比例，实现对缺陷的有效调节，加速了钠离子的扩散速度，提升电池容量和稳定性。合成层状VOPO4，通过油胺分子插层，实现对VOPO4原子层间距的调控，并研究了不同层间距对钠离子存储性能的影响，提供了一种层状材料原子层间距调控和金属离子存储性能优化的策略。进一步在所制备的低维功能材料的基础上，研究了MoO3材料对氢离子存储的可能，实现了可逆的氢离子存储，并深入分析了其嵌入/脱出机理，为质量轻、能量高的氢离子电池的发展提供了一种可能的负极材料。在完成项目的研究内容的同时，我们进一步将项目所发展的材料改性策略用于调控催化剂的催化性能，为催化剂性能的优化提供了多种有效手段。