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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)季恒星課題組--黑磷-石墨-聚苯胺基三元復(fù)合材料對(duì)穩(wěn)定高可逆容量鈉離子電池陽(yáng)極的協(xié)同作用

近年來,由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、良好的電子導(dǎo)電性和較高的理論容量,層狀黑磷BP作為鈉離子電池陽(yáng)極材料受到了廣泛的關(guān)注。但由于P原子利用率較低,在嵌鈉/脫鈉循環(huán)過程中產(chǎn)生較大的體積膨脹使得結(jié)構(gòu)斷裂,導(dǎo)致BP基復(fù)合材料的實(shí)際比容量低于預(yù)期。本論文研究了一種三元復(fù)合材料,包含BP,石墨和聚苯胺(BP-G / PANI)(BP質(zhì)量大于65%)。該三元復(fù)合材料提供優(yōu)化的離子通道(電解質(zhì)→PANI→BP-G→BP),能降低電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻。此外,進(jìn)一步的X射線吸收光譜測(cè)量表明,BP-G復(fù)合材料中石墨的存在能使BP深度鈉化,實(shí)現(xiàn)較高的嵌鈉/脫鈉的可逆性;均勻涂覆的PANI在充放電過程中限制了BP電極的體積膨脹,保證了BP-G /PANI循環(huán)穩(wěn)定性。該復(fù)合材料子在0.25 A g-1下展現(xiàn)出1530 mA h gcompo-1的高可逆比容量,并且在高電流密度4A g-1下循環(huán)1000次后,容量保持仍有520 mA h gcompo-1

Figure 1.(a) BP-GBP-G/PANI電極的鈉化示意圖。 BP-G /PANIBP(b) Raman譜和(c) XRD圖譜。BP-G/PANI(d) TEM圖和(e) HRTEM圖。(f-i) BP-G/PANI元素分布圖。

 

Figure 2. aBPBP-GP K邊緣XAS光譜。(bBP-G和(cBP的非原位XAS P K邊緣光譜。(d) BP-G/PANI電極和(e) BP-G電極的橫斷面SEM圖。

 

Figure 3. BP-G/PANI(a) 充放電曲線和(b)倍率性能。(c) BPBP/PANIBP- GBP- G /PANI0.5 A g-1下的循環(huán)穩(wěn)定性和庫(kù)侖效率。(d) BPBP-GBP-G /PANIRct(e) BP-G/PANI4 A g-1下的循環(huán)穩(wěn)定性和庫(kù)侖效率。

 

Figure 4. (a)100次循環(huán)后BP-G/PANITEM圖。(b-g) HRTEM圖像。(h-k)經(jīng)過100次循環(huán)后的BP-G/PANI元素分布圖。

相關(guān)研究成果于2019年由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)季恒星課題組,發(fā)表在ACS Appl. Mater. InterfacesDOI: 10.1021/acsami.9b04088)上。原文:Synergy of Black Phosphorus-Graphite-Polyaniline-Based Ternary Composites for Stable High Reversible Capacity Na-Ion Battery Anodes 

 

 

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