中南大学化学化工学院侯红帅教授在碳点基储能材料领域取得新进展

导读

近日，中南大学化学化工学院侯红帅教授在国际权威期刊Angewandte Chemie International Edition (DOI: 10.1002/anie.202409044)发表题目为“Optimizing the Microenvironment in Solid Polymer Electrolytes by Anion Vacancy Coupled with Carbon Dots”的研究论文。中南大学化学化工学院为第一完成单位，侯红帅教授为通讯作者，博士生刘华新为第一作者。

固态电解质代表了储能技术领域的关键进步，特别是对于可充电电池。其具有不易燃的特性，降低了火灾或爆炸的风险，提升了安全保障，特别是对于大规模的储能应用。聚合物基固体聚合物电解质有望与现有的电池制造工艺相匹配，并因其与电极的良好兼容性和优异的性能而实现大规模生产。然而，现阶段固态聚合物电解质的实际应用受到锂离子迁移数小、离子电导率低和界面稳定性差的阻碍，而这些现象很大程度上取决于其内部微环境。引入功能性填料是解决这些问题的有效方法。本文基于密度泛函理论计算，证明了填料的阴离子空位可以锚定锂盐的阴离子，从而显著增加锂离子在电解质中的迁移数。因此，在功能化碳点的调控下，制备了具有丰富硫空位的花状二硫化锡复合材料并用于构建聚合物固态电解质。

本研究通过水热合成法，在碳点的调控下，二硫化锡/碳点复合材料呈现出具有高比表面积的三维花状结构并产生了硫空位，有效地增加了与聚合物的接触面积。当组合为PEO基固态电解质时，表现出显著提高的离子电导率和机械性能。研究证明了对聚合物电解质内部微环境的调控能够有效提升锂金属电池的电化学性能。这项工作利用碳点改性无机填料构建功能材料的策略为复合电解质的设计提供了新的见解。

该项研究得到了国家自然科学基金项、湖南省科技计划项目、中南大学中央高校基础研究基金(2023ZZTS0068)的支持。

团队一直致力于先进电池材料与器件、碳点功能材料的研究；重点围绕碳点在先进电池中的应用与储能机制开展系统研究，包括电极材料、电解液、固态电解质、膜及界面调控等。已相继取得了系列创新成果，近年在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.和Adv. Energy Mater.等国际知名期刊发表系列高水平论文。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202409044

来源：中南大学化学化工学院