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湖南大學馬建民課題組--金屬氧化物/石墨烯復合陽極材料用于鈉離子電池f

由于鈉源豐富且安全性相對較高,鈉離子電池(SIBs)被認為是下一代大規(guī)模儲能系統(tǒng)的有希望的候選者。然而,目前缺乏合適的陽極材料限制了SIBs的發(fā)展。具有豐富的原料來源和高理論容量的金屬氧化物(MOs)作為科學界SIBs的陽極引起了人們的廣泛關(guān)注。然而,由于SIBs的充電/放電過程中的低導電率大的體積變化,該材料經(jīng)常表現(xiàn)出不令人滿意的循環(huán)穩(wěn)定性和容量。通過將石墨烯結(jié)合到具有定制納米結(jié)構(gòu)和組成的MOs材料中,此類復合物的構(gòu)建已經(jīng)證明在SIBs中具有較好的性能。在這篇綜述中,我們試圖全面總結(jié)低成本金屬氧化物/石墨烯復合材料(MOs/G)作為SIBs陽極材料的研究進展。證明了MOs/G復合材料的不同形貌、組成、晶相及其在SIBs中電化學性質(zhì)的特征。討論了MOs材料的形態(tài)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)與它們在SIBs中性能的相關(guān)性。這一及時的綜述揭示了使用MOs/G作為陽極材料實現(xiàn)具有高能量密度和長循環(huán)壽命的成本有效、安全的SIBs的途徑。



Figure 1. SIBs中陽極材料和普通金屬氧化物系陽極的一般分類。



Figure 2. a)在電化學處理過程中ZnO陽極的晶相轉(zhuǎn)變的示意圖;b-e)在結(jié)晶時間內(nèi)單晶ZnO的形態(tài)和結(jié)構(gòu)演變的TEM圖;(f)經(jīng)過處理產(chǎn)物的電子衍射圖案;(g-j)多晶ZnO的形態(tài)和結(jié)構(gòu)演變的TEM圖;(k)轉(zhuǎn)化后的電子衍射圖案。



Figure 4. 低成本金屬氧化物作為SIBs陽極的電化學性能總結(jié)。


Figure 5. a)樣品制造的示意圖;bGF/CNTs@SnOSEM圖(插圖:高倍率);c)具有連續(xù)電子和Na離子轉(zhuǎn)移通道的GF/CNTs@SnO電極的示意圖;d)各種電流密度下的充電/放電曲線;e倍率性能;f0.1 A/g下的循環(huán)壽命;g)電容效應和擴散控制過程的電荷存儲貢獻,用CV3 mV/s的掃描速率分離。



Figure 6. aNiO/Ni/石墨烯復合材料的形成示意圖;b,cNiO/Ni/石墨烯復合物的SEM;d,eNiO/Ni/石墨烯復合物的TEM;f)在0.005-3 V的電壓范圍內(nèi),0.2 mV/s的掃描速率收集的NiO/Ni/石墨烯復合物的循環(huán)伏安圖;g)電流密度為200 mA/g,第一次和第二次循環(huán)的恒電流充電和放電曲線,電流密度為1 A/g,1次,第10次,第100次和第200次循環(huán)h)電流密度為1 A/g(在前5個循環(huán)中使用200 mA/g激活)SIBs循環(huán)性能表明每個循環(huán)的衰減率為0.2;i)電流密度為200 mA/g2 A/g下的比容量范圍。



Figure 7. aSIBs,Fe2O3/石墨烯基陽極不同電流密度下的比容量;bFe2O3/石墨烯復合材料中Fe2O3的粒徑和石墨烯的質(zhì)量比。

相關(guān)研究成果于2019年由湖南大學Jianmin Ma課題組,發(fā)表在Energy Storage Materials2019, 16, 434–454)上。原文:Metal oxide/graphene composite anode materials for sodium-ion batteries



 
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