锑基石墨炔包覆负极材料的制备及其在钠离子电池上的应用

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jessieharbin
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随着现代社会工业的发展,对高效、安全、可持续发展的清洁能源需求愈发强烈,这也促进了能源存储系统的发展,由于钠丰富的资源储备以及与锂离子电池相似的化学反应机理,钠离子电池(SIB)被越来越多的科研工作者所亲睐。锑作为一种新型的钠离子电池负极材料,电压平台适中导电性较高,是非常理想的存储钠离子电极材料。但其自身同样有不可忽视的缺陷:在电化学循环过程中体积变化过大。这会导致材料粉化从电极材料中脱落,减少活性离子与集流体间的电子传输,致使容量迅速衰减。为解决Sb基材料现有的问题,我们对以下内容进行了探究:(1)同轴管状(tube-in-tube)Sb@C纳米材料。以直径80-100 nmCuNWs为前驱体模板,通过水热合成法在CuNWs表面形成C壳包覆,并通过电化学置换法完成Cu-Sb间的转化。形成同轴管状(tube-in-tube)Sb@C纳米材料,该材料内部Sb管为中空结构,较大的内部空间以及Sb管与C材料的间隙能够很好的缓冲Sb材料由于嵌钠形成巨大的体积变化。降低Sb材料由于剧烈体积变化所出现粉化现象,提高材料的比容量以及倍率性能,C壳将Sb管很严密的保存在内部,即使金属Sb材料出现粉化现象也能够被C壳保存在导电网络内部,使之不必脱离导电网络,提高材料的电化学性能。电极在电流密度为0.1 A g-1时的循环稳定性测试。电池在第二圈时放电容量为610 mAh g-1并在此容量下稳定循环50圈。在电流密度为1 A g-1时,电池在比容量为480.4 mAh g-1的状态下稳定循环了1000圈,远高于同条件下的商业化Sb粉合成的负极材料。在已经报道的同类型Sb材料中处于领先地位。(2)纳米管状石墨炔包覆Sb颗粒,以直径为100nm CuNWs为前驱体模板,通过交叉偶联反应成功在CuNWs表面合成管状石墨炔壳层包覆结构,石墨炔厚度约20-40 nm。通过电化学置换反应成功完成Cu-Sb间转换,形成中空管状Sb纳米颗粒。金属Sb颗粒由于有石墨炔的包覆材料展现出较高循环稳定性。并且石墨炔本身具有较好的储钠性能,进一步提高了材料的比容量。经实验可知在电流密度为0.1 A g-1时材料的比容量能够达到610.0 mAh g-1并且稳定循环50圈。在电流密度为1 A g-1时材料初始比容量568.3 mAh g-1,并且在循环1000圈后仍然保持398.3 mAh g-1,证明该材料拥有良好的电化学性能。
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