近日，大連理工大學材料科學與工程學院黃昊教授的能源材料及器件實驗室在影響因子高達11.553的國際能源領域頂級期刊《Nano Energy》上，發表以“Fe3N constrained inside C nanocages as an anode for Li-ion batteries through post-synthesis nitridation”為題目的研究成果。該項研究針對鋰離子二次電池在循環過程中活性物質嚴重體積膨脹造成電極粉化失效的瓶頸問題，提出了碳約束氮化鐵納米核殼結構。實驗證明，在500次循環中電池仍能維持工作容量，未發現明顯衰減。

長期以來，鋰離子電池高密度儲能與其電極材料穩定性是一對矛盾體。要實現高密度儲能，電極就很難在長期循環中保持完整和穩定的結構。該項研究結合等離子體物理和化學氮化工藝,制備了碳約束氮化鐵納米材料作為鋰離子電池負極。這種新型的納米材料在微觀上同時實現了高密度儲能和結構約束。電解液可以通過缺陷位置自由進入碳層內部，與活性物質氮化鐵發生電化學反應。柔韌的碳殼不僅能夠緩解活性物質儲放鋰過程中的體積漲縮、導致電極粉化失效問題，同時碳層優良的本征導電性為界面電荷快速轉移提供有效路徑，從而實現了碳約束氮化鐵納米材料在鋰離子電池中長循環高密度充放電性能。研究成果為提升納米能源材料及器件工程化應用提供理論基礎和技術支撐。