[00318033]基于POMs的新型储能材料

一、项目简介

电化学储能是清洁高效的能量利用方式，是未来综合解决资源、环境问题的主要技术途径。传统的锂离子电池一直使用LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等几种正极材料，存在材料比容量、比功率均较低，且难以再生等问题。因此，研发新型电化学储能材料是人们追求的目标。POMs开放式的结构适合大的金属阳离子（比如Na+、Mg2+等）的快速传输，单个多金属氧酸盐团簇处于纳米尺寸（1～5nm）在发生可逆的多电子的电化学氧化还原反应的时候能够保持其团簇结构的稳定，从而实现稳定的高能量密度和高功率密度；该类材料易于设计合成，易于回收，是未来极具发展潜力的新型储能材料。

二、前期研究基础

研究团队和合国际上POMs研究领域最强的课题组英国Glasgow大学Leroy Cronin教授课题组合作，首次开展基于POMs储能材料的系统研究，研发出超高功率锂离子储能体系和钠离子电池正极材料。

三、应用技术成果

我们首次报道了Li7[V15O36(CO3)]作为锂离子电池正极材料在1.9-4.0 V的电压窗口范围能发生稳定可逆的14个电子的反应，表现出250 mAh g-1的放电比容量，而且依然能够保持Li7[V15O36(CO3)]团簇结构的稳定。展示出POMs材料作为储能材料的应用潜力。同时，后续的研究发现{V15O36(CO3)}团簇中，由于不同位点的钒展示出不同的电化学性能，对金属锂表现为不同的氧化还原电位，因此{V15O36(CO3)}团簇展示出同时作为正极和负极的潜力，作为锂离子对称电池，在100 A g-1的电流密度下仍然能够提供高达51.5 kW kg-1的能量密度。同时在1 A g-1的电流密度下循环500周，容量保持率仍然在80%以上。显示出POMs材料良好的结构稳定性和循环性能。进一步的研究表明， {V15O36(CO3)}团簇不仅具有良好的储锂能力，而且作为钠离子电池材料也显示出优异的性能。 {V15O36(CO3)}团簇作为钠离子电池正极材料能够释放240 mAh g-1的容量，全电池的能量密度可以达到390 Wh kg-1（Adv. Mater. , 2015, 27, 4649–4654; Adv. Energy Mater. 2017, DOI: ）。

基于POMs材料的电池示意图，被用作AEM杂志封面

四、合作企业

无