钠离子电池锑基负极材料多级结构设计及电化学性能

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随着现代工业的发展,安全、高效利用清洁能源已成为亟需解决的问题,这也促进了能源储存系统的发展。由于钠资源丰富和与锂离子电池相似的电化学反应原理,钠离子电池(SIB)受到越来越多的关注。锑作为钠离子电池负极,具有适中的电压平台和高导电性,被认为是一类理想的钠离子存储电极材料。然而,其电化学循环过程中体积变化大,导致活性材料粒子之间、活性粒子与集流体之间的电子传输被破坏,造成容量的快速衰减。针对Sb基电极作为钠离子电池负极存在的问题,本论文主要内容如下:(1)以3D多孔Cu为基底,首先电化学共沉积Zn-Sb合金,然后选择性腐蚀去除Zn元素,获得3D大/介孔Sb电极,研究了电沉积电极电位对大/介孔Sb电化学性能的影响。结果表明,在-1.4V(vs.SCE)下电沉积Zn-Sb制备的大/介孔Sb(-1.4)显示最佳的电化学性能。其在330 mA g-1电流密度下进行200次循环,仍可保持545 mAh g-1的容量。即使在3300 mA g-1的高电流密度下,3D大/介孔Sb表现出82.8%的高容量保持率(相比于100 mA g-1)。(2)采用阳极氧化和随后高温还原构筑3D铜纳米线阵列,然后在其表面电沉积Sb。该3DSb电极具有大量相互贯穿的3D微米孔和丰富的纳米线阵列间隙,不仅可有效缓解Sb电极循环过程中的结构应力,确保电极稳定性,且提供均衡电子/离子分布。该3DSb电极在330 mA g-1电流密度下,显示605.3 mAh g-1的高可逆比容量,经过200次循环保持561.1 mAh g-1(容量保持率为92.7%)。其在3300 mA g-1的高电流密度下显示84.8%的高容量保持率(相对于100 mA g-1)。
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