Small:基於「相分離」多孔碳納米管的高性能鈉離子電池負極
【引言】
核殼結構在最近的研究中越來越受到很大的關注,尤其是在催化,儲能方面得到廣泛的應用。核殼結構不僅具有較短的離子擴散路徑,較大的電極/電解液界面面積和有效的電子傳遞途徑,而且可以有效地緩解在循環過程中納米顆粒的體積膨脹,所以選擇製備核殼的複合材料會是不錯的選擇。同時在此基礎上可將核層刻蝕得到空心的殼層結構。
【成果簡介】
最近,湖南大學張明課題組與University of Washington的Guozhong Cao課題組合作,在利用鉬酸銨/聚乙烯醇體系相分離現象製備MoO2@C納米纖維的基礎上(Advanced Materials Interfaces 2017, 4 (3), 1600816),通過去除MoO2而製得了多孔的碳納米管,得到了兼具高容量和長壽命鈉離子電池負極。相關成果分別以「A Phase-Separation Route to Synthesize Porous CNTs with Excellent Stability for Na+ Storage」為題、以封面論文的形式發表在 Small。
【圖文導讀】
圖1 相分離
(a) 鉬酸銨與PVA的前軀體溶液
(b-d) 鉬酸銨的濃度分別為0, 1%,10%的光學顯微鏡圖片
圖2 前軀體掃描電鏡mapping
退火前的掃描mapping,發現Mo是均勻分散在納米纖維中,核殼結構的形成是在退火過程中。
圖3 核殼MoO2@C納米線SEM, XED, Raman
(a,b)核殼MoO2@C納米線掃描電鏡圖片
(c,d) 核殼MoO2@C納米線XRD和拉曼
圖4 核殼MoO2@C納米線 TEM
(a,b) 核殼MoO2@C納米線透射電鏡圖片;
(c,d) MoO2的晶格、電子衍射;
(e) 複合纖維中,碳、鉬、氧元素分布圖,證實其核殼結構。
圖5 空心碳納米管示意圖,XRD
(a)闡述多孔碳納米管製備過程
(b)硝酸處理前的XRD
(b)硝酸處理後的XRD,證明MoO2已經刻蝕沒了
圖6多孔碳納米管表徵
(a,b)核殼MoO2@C納米線掃描電鏡圖片(850℃)
(c,d)多孔碳納米管透射電鏡圖片
(e,f)多孔碳納米管的raman、BET
圖7 多孔碳納米纖維的XPS分析
(a) 多孔碳納米管的XPS全譜,顯示只有碳、氮、氧的存在;
(b-d) 分別是碳、氧、氮元素的精細XPS譜圖。
圖8 多孔碳納米纖維的鈉電性能
(a, b) 多孔碳納米管作為鈉離子電池負極的循環伏安曲線(0.25 mV/s)和充放電曲線(0.5 A/g)
(c) 多孔碳納米管在不同電流密度下的儲鋰性能
(d-f) 多孔碳納米管分別在電流密度為0.5,1,5 A/g下的循環性能
【小結】
通過簡單的單軸電紡得到核殼的MoO2@C納米線,揭示了核殼結構形成機理,並具有高容量長循環的儲鋰優勢。經過熱的稀硝酸處理得到的多孔碳納米管具有高的比表面積,有利於鈉離子遷移。多孔性更能提供更多的活性吸附位點。所以作為鈉離子電池的負極,多孔碳納米管展現出優異的性能。
本文由湖南大學張明教授投稿,材料人新能源組背逆時光整理編輯。
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