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米乐体育登陆:河北工业大学王志峰副教授团队:双峰纳米多孔海胆状网络结构助力锂离子电池循环安稳性 MDPI Nanomaterials

发布时间:2022-08-15 01:56:35 | 来源:米乐体育官网网页版 作者:米乐体育官方下载安装

  锂离子电池金属氧化物负极资料一般存在循环安稳差的缺陷,这首要是因为在充放电进程中产生转化反响,活性资料体积胀大-缩短剧烈,导致极片粉化、破碎。很多研讨现已证明构建具有三维纳米结构的负极是进步锂离子电池功能的有用办法。可是,大多数报导的试验办法往往是繁琐的,不具备大规模商业化远景。

  脱合金法将方针金属与相对生动的金属构成合金,在特定的腐蚀条件下将合金中生动的金属溶解滤除,一起相对慵懒的金属组元在合金/电解液界面产生分散和自拼装构成特别结构,是一种选择性腐蚀进程。脱合金法操作简略,并且在腐蚀进程中不运用有毒有害的有机溶剂,是一种绿色高效且能够进行工业化出产,以制备微纳结构多孔资料的办法。

  因而,河北工业大学王志峰副教授团队选用Ni5Fe5Al90作为前驱体,室温下直接浸于2 M NaOH溶液中脱合金24小时,便取得具有双峰纳米多孔海胆状网络结构的Fe3O4/NiO复合资料。资料组成进程如下图1所示,在腐蚀液中Al原子敏捷溶解,剩余的过渡金属Ni、Fe原子分散至合金外表,然后被溶解于溶液中的氧敏捷氧化,跟着反响的不断进行,被氧化的金属核聚会成小颗粒,终究别离构成具有海胆状网络结构的Fe3O4/NiO和片状结构的Fe3O4。

  图1. 具有两层接连多孔网络结构的Fe3O4/NiO复合资料的组成示意图。

  研讨人员将脱合金5小时及24小时样品的物相结构及微观描摹进行详尽比照。图2为不同反响时刻的电镜相片。从图2 (a,b) 中能够看出在脱合金5小时后,现已构成了显着的片状结构和双峰纳米多孔韧带网络结构 (一级孔70-250 nm,黄色箭头和二级孔 10-30 nm,绿色箭头)。从图2 (c,d,e,f) 中能够发现跟着脱合金时刻的延伸,片状结构尺度稍有添加,接连多级孔洞结构依然存在,孔径有变小趋势 (50-150 nm和4-20 nm),并构成类海胆状网络结构。丰厚的孔洞十分有利于锂离子的快速传输,一起能够缓解锂离子脱嵌时的应力改变。此外,从图2f中发现,两种氧化物之间构成异质结结构,有助于充放电进程两者之间协同效应的发挥。

  图2. (a,b) 脱合金5小时的电镜相片,(c,d,e,f) 脱合金24小时的电镜相片。

  图3a表征了复合样品的相组成为NiO及Fe3O4。从图3b能够看出,在脱合金24小时后,所取得样品的比外表积为65.65 m2 g-1,孔径尺度首要分在10 nm及70-200 nm。上述成果与电镜相片表征成果相吻合。

  图3. (a) 脱合金5小时及24小时样品的XRD图谱,(b) 脱合金24小时样品BET测验成果。

  如图4a,在100 mA g-1电流密度下,脱合金24小时样品初次放电容量可达1697 mAh g-1,初次循环库伦功率为72%,不可逆丢失首要归因于SEI膜的构成,从第五圈循环开端,均匀库伦功率可达99.56%,证明其杰出的循环安稳性。在循环100周之后,其可逆容量为721 mAh g-1。一起,其还具有不错的倍率功能 (图4b),在不同电流密度下 (100、200、500、1000、1500 mA g-1),依然能够坚持879、728、594、493和386 mAh g-1的可逆容量,上述数值均高于现在商业化锂离子电池石墨负极资料的理论比容量372 mAh g-1。图4c为不同电流密度下的充放电曲线,跟着电流密度的添加,其可逆容量在逐步下降,可是仍处于正常运用状况。从图4d得到,在循环100周后电池阻抗显着削减、电导率添加,这可能是因为活性资料外表元素的结构重排及SEI膜的构成。一起为了验证该复合资料的实用性,研讨人员匹配了一个参数为0.1W,3V的LED灯泡进行测验,在作业半小时后该LED灯依然能够坚持高亮度且无削弱现象。

  图4. (a) 循环功能测验成果,(b) 倍率功能测验成果,(c) 不同电流密度下脱合金24小时样品的充放电曲线小时样品的阻抗谱成果。

  经过精心设计前驱体资料成分及操控脱合金条件,成功取得具有双峰纳米多孔海胆状网络结构的Fe3O4/NiO复合资料。该复合资料作为锂离子电池负极资料,表现出优异的电化学功能,在100 mA g-1电流密度下、循环100周之后,其可逆容量为721 mAh g-1。这首要归因于其特别的三维结构能够有用地缓解活性资料在循环进程中的体积胀大。如此的结构设计战略也可被运用于其他多孔资料的组成,也能够促进脱合金技能在更广泛范畴的深度开展。

  Nanomaterials(ISSN 2079-4991,IF4.324) 是MDPI出书的一个国际性敞开获取期刊,聚集纳米相关范畴最新研讨进展。主题包括纳米资料 (纳米粒子、薄膜、涂层、有机/无机纳米复合资料、量子点、石墨烯、碳纳米管等)、办法 (组成、表征、模仿等) 以及各个范畴的运用 (生物医药、动力、环境、电子信息等) 等。期刊采纳单盲同行评定,到现在,一审周期约为14天,文章从接收到宣布仅需4天,文章总处理周期约为33天。

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