近日，材料科学与工程学院先进能源材料实验室王儒涛教授课题组在金属离子电容器动力学匹配取得新进展，相关研究成果以“Hexaindium Heptasulfide/Nitrogen and Sulfur Co-doped Carbon Hollow Microspindles with Ultrahigh-Rate Sodium Storage Through the Stable Conversion and Alloying Reactions”为题，在国际期刊Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202211611；IF:32.086)上在线全文发表。材料科学与工程学院2020级硕士研究生朱春艳为第一作者，山东大学王儒涛教授、林晓航博士、华明昊博士和中科院上硅所王世杰博士为该论文共同通讯作者。山东大学为该论文第一完成单位。

金属离子电容器属于典型的混合型超级电容器，具有比常规超级电容器能量密度大，比电池功率密度高的优点，可广泛应用于轨道交通、智能电网等领域。然而，正是由于器件特有的“电池—电容”混合交叉设计，正负极材料动力学不匹配成为了制约高比能、长寿命金属离子电容器的关键科学问题。因此，发展超高倍率特性的阳极材料是解决该问题的关键。

据此，课题组采用金属有机骨架化学物（MIL-68-In）作为前驱体，通过原位硫化反应合成了一种多孔In6S7/C纳米复合材料。其独特的结构，不仅可以缩短Na+扩散路径和提供较多的活性位点，还可以有效地缓解充放电过程中的体积膨胀。在比容量、首次库仑效率、大电流放电能力和循环稳定性等性能指标方面，In6S7/C阳极都表现出优异的Na+存储特性。原位/非原位分析技术和理论计算进一步阐明了In6S7/C阳极的转化和合金化复合储钠机制。采用In6S7/C材料作为负极组装的钠离子电容器，能够提供136.3 Wh/kg的高能量密度，47 kW/kg-1的高功率密度以及超过两万次循环的优异循环性能。三电极动态电位检测结果证实了该钠离子电容器的这些优异特性主要归因于In6S7/C HMS负极与活性炭正极的动力学匹配和稳定的Na+存储行为。

该工作的创新点在于突破电池型材料动力学无法匹配于电容型炭材料的认识局限，首次在合金-转化复合型电池负极与电容炭正极之间实现动力学匹配，为新型超高倍率负极材料的设计和开发用于下一代快充电化学储能装置提供了思路。

研究过程中申请国家发明专利3项，已授权1项。该论文全程得到材料学院先进能源材料实验室尹龙卫教授的指导以及实验室全体成员大力支持。本工作得到国家自然科学基金青年/面上项目、山东省高等学校“青创科技计划”、山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目、山东大学齐鲁青年学者计划、山东大学先进材料测试与制造公共平台的支持。

来源：2023年03月06日 山东大学材料学院