自然界对于我们有着无穷的魅力,通过向大自然学习,我们可以得到更多的启发,从而设计合成功能型的仿生材料用于解决目前人类面临的能源与环境危机。正如我们所知,蜂巢是蜂群生活和繁殖后代的处所,它是由众多的巢房连结在一起组成,拥有丰富的孔道结构,良好的结构稳定性,较强的压力缓冲以及独特的渗透与通风能力,该结构已经用于一些高层潮流建筑的设计。受其启发,如果我们将其引入到电池材料设计进而合成由二维纳米片构筑的三维纳米球结构,那么该材料可以很好的与电解液浸润,可以实现离子在材料表面以及内部的快速传输,从而提高电池的整体性能。更重要的是,仿蜂巢结构所带来的力学与结构稳定性能够让所设计的纳米材料在长时间充放电循环中保持稳定,使有利于电化学性能提高的纳米结构不被破坏。
近日,昆士兰科技大学的孙子其教授课题组报道了一种利用两步自组装战略合成的蜂窝状钴钼氧化物纳米材料用于锂离子电池。该材料具有较高的比表面积以及富足的开放多孔结构,独特的多相组成以及优异的机械性质,有利于实现电解液快速渗透,离子快速迁移以及在一定程度上缓解反复充放电而导致的体积变化。经测试,该材料在0.2 A g−1的电流密度下其放电容量高达1388.6 mA h g−1。即使是在5.0 A g−1的高电流密度下,依然保持597.1 mA h g−1 的容量,显示出较强的倍率性能。而且循环2000次后,其电池容量未发生明显衰减,材料的形貌结构以及组成未发生明显变化。通过比较,该电极材料的倍率性能明显高于其他许多之前报道的含钴或者含钼金属氧化物以及他们与碳复合电极材料的性能。最后,通过对充放电过程进行XRD 和XPS 分析可以证实该材料具有很好的可逆性,锂离子储存的机理包括插层和转换反应。因此,该材料展示出较好的应用前景,也为未来通过学习自然界设计新型电极材料提供了有效的参考。
研究成果以题为“Honeycomb-Inspired Heterogeneous Bimetallic Co–Mo Oxide Nanoarchitectures for High-Rate Electrochemical Lithium Storage”发表在国际著名期刊Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201900055)上,论文通讯作者为孙子其教授,第一作者为博士生梅俊。