华中科技大学徐鸣教授Nat. Commun.：碳管设计在低温储能应用的研究成果

来源：华中科技大学材料学院

 12月2日，国际知名期刊《自然 通讯》刊发了碳纳米管结构设计在电化学储能领域的最新研究成果 “Maximizing ion accessibility in MXene-knotted carbon nanotube composite electrodes for high-rate electrochemical energy storage”。华中科技大学材料学院、材料成形与模具技术国家重点实验室徐鸣教授和美国德雷塞尔大学Yury Gogotsi教授为共同通讯作者。材料学院、材料成形与模具技术国家重点实验室为第一完成单位及第一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金、湖北省杰出青年基金、武汉市应用基础前沿专项和我校留学基金等多个基金的资助。

航空航天、极地等极端应用环境要求电化学储能器件可低温下高倍率运行。低温运行须使用有机电解液；有机电解液相比水系电解液具有更大的离子和更低的电导率，且有机电解液中离子的溶剂化壳层也比水电解液中的大。这些特性阻碍了储能过程中的电荷储存，降低了电极材料中的离子传输动力，限制了器件的高倍率性能，对实现低温电化学储能造成了巨大的障碍。

针对上述问题，团队通过碳纳米粗细管分步生长技术，制备了一种新型的绳结结构碳纳米管，其与二维Mxene复合时可抑制MXene的堆叠，最终制得具有三维开放式导电网络的电极结构。该电极结构最大程度地提高了电极中离子的传输能力，刷新了同类电极在离子液体有机体系中的倍率性能纪录，并实现了低温下（-60℃）的稳定运行。研究揭示了电极结构优化对离子传输能力的提升的重要性，提供了除低温电解液开发外实现低温储能器件运行的又一途径。该成果是将纳米碳材料结构设计理念拓展至能源材料制造领域的又一成功案例，对于未来低温高倍率电化学储能材料的发展具有重要的指导意义。

徐鸣是“饭岛赏”最年轻的获得者，入选国家海外高层次人才青年项目，并获“湖北省杰出青年基金”资助。团队主要从事碳纳米材料的结构设计与可控制备，发展了适用于极端环境的工作机制，取得了包括可在-196~1000°C下服役的碳纳米管橡胶及碳纳米管干胶、可直接服役于水下的压力传感器及可在极地低温下服役的碳纳米基能量存储器件等在内的一系列原创性成果，获得多家国外知名媒体和顶级学术杂志的报道。其中,“自发电型海啸预警传感器”获日内瓦国际发明展最高奖项-评审团特别嘉许金奖（2019）。

原文链接
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19992-3

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