基于团簇类分子的新型电化学储能材料研究进展

过渡金属多酸氧化物是一类具有纳米尺寸的分子团簇材料，具有可逆多电子反应的特性，被形象的称为‘电子海绵’，可以可逆的储存离子和电子，从而具有成为较高比容量的储能材料的可行性。该工作主要开展了{V15O36(CO3)}材料于超高功率锂离子储能体系和钠离子电池正极材料的研究。利用VIV/V金属中心在{V15O36(CO3)}材料中具有不同的电化学反应电位，设计了基于同一个材料的对称锂离子储能体系。该对称体系表现出了类电池的能量密度（125 W h kg-1）和类超级电容器的功率密度（51.5 kW kg-1）。同时理论计算和电化学机理研究表明，该类材料还具有较高的钠离子传输速率，且具有较高的钠离子正极材料储存比容量（240 mAh g-1）。由其组装的钠离子全电池测试表明，该电池具有与目前锂离子电池相当的能量密度（390 Wh kg-1）。此外该工作的另一个特色在于提供一种全新的电池材料回收的思路。由于绝大部分的金属多酸材料具有很好的水溶性，因此可以通过简单的水相提取废旧电池里的材料回收具有较高价值的金属氧化物，实现了更为节能环保的新能源利用。

该项研究为厦门大学董全峰课题组和英国Glasgow大学Leroy Cronin教授课题组（2016年中组部千人计划B类）合作研究工作（Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201501088）之延伸。厦门大学化学化工学院陈嘉嘉博士为第一作者，叶建川博士生和已毕业的范少聪硕士共同参与电化学测试方面的表征，张霞光博士生和吴德印教授完成DFT理论计算部分工作，厦门大学郑明森副教授和格拉斯哥大学的龙德良老师，Mark D. Symes博士共同参与了学生指导，实验设计以及论文写作。该项研究得到973项目(2015CB251102)，国家自然科学基金委(U1305246, 21673196，21621091, 21533006),中央高校基本科研业务费专项资金 (20720150042)以及中组部千人计划项目的支持。