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大面積磷摻雜碳納米片:高性能鈉離子電池負(fù)極材料


來(lái)源: MaterialsViews

[導(dǎo)讀]  由于來(lái)源豐富、成本低廉、無(wú)毒且穩(wěn)定性好,碳材料被認(rèn)為是鈉離子電池最具應(yīng)用前景的負(fù)極材料之一,開發(fā)具有高容量、長(zhǎng)壽命、低成本的碳材料對(duì)促進(jìn)鈉離子電池盡快商業(yè)化意義重大。

中國(guó)粉體網(wǎng)訊  由于來(lái)源豐富、成本低廉、無(wú)毒且穩(wěn)定性好,碳材料被認(rèn)為是鈉離子電池最具應(yīng)用前景的負(fù)極材料之一,開發(fā)具有高容量、長(zhǎng)壽命、低成本的碳材料對(duì)促進(jìn)鈉離子電池盡快商業(yè)化意義重大。

由于鈉離子半徑較大,用作鋰離子電池的傳統(tǒng)石墨負(fù)極儲(chǔ)鈉活性差,其不能直接用作鈉離子電池負(fù)極材料。但研究表明眾多無(wú)定形碳材料展現(xiàn)出了良好的儲(chǔ)鈉性能。目前,鈉離子電池?zé)o定形碳負(fù)極材料可逆容量一般在 200~300 mAh g-1,由于具有較大的比表面積,副反應(yīng)較多,導(dǎo)致了首次庫(kù)倫效率及循環(huán)過(guò)程的庫(kù)倫效率較低,部分碳材料制備成本高,遠(yuǎn)不能滿足產(chǎn)業(yè)化的需要。

碳量子點(diǎn)的光學(xué)照片(a)和透射電鏡照片(b)磷摻雜碳納米片的掃描電鏡照片(c)和透射電鏡照片(d) 

中南大學(xué)紀(jì)效波教授、侯紅帥博士及其團(tuán)隊(duì)在鈉離子電池碳負(fù)極材料方面的研究取得重要進(jìn)展,創(chuàng)新性地提出了一種批量制備碳量子點(diǎn)及其衍生碳材料的方法。

該團(tuán)隊(duì)以乙醛和氫氧化鈉為原料,通過(guò)室溫靜置反應(yīng)制備了富含含氧官能團(tuán)的碳量子點(diǎn),該方法制備碳量子點(diǎn)產(chǎn)量高、操作簡(jiǎn)便、成本低廉。合成的碳量子點(diǎn)在磷酸二氫鈉的輔助作用及高溫?zé)崽幚硐峦ㄟ^(guò)自組裝可形成大面積的磷摻雜碳納米片。該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)探究了由碳量子點(diǎn)到碳納米片的轉(zhuǎn)化過(guò)程及其影響因素,并深入研究了磷摻雜碳納米片的電化學(xué)儲(chǔ)鈉行為。

該材料展現(xiàn)了優(yōu)異的儲(chǔ)鈉性能,其可逆比容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)。在 0.1 A g-1 的電流密度下,其可逆比容量為 328 mAh g-1,在 20 A g-1 的超大電流密度下,其可逆容量高達(dá) 108 mAh g-1。在 5 A g-1 的大電流密度下,5000個(gè)循環(huán)后其可逆比容量仍保持在108.8 mAh g-1


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