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石墨烯电池原理:石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构,性能优异的钠离子电池阳极材料

2017年04月21日 09:56 次阅读

  【引言】

  锂离子电池已在便携式设备和电动汽车上得到广泛应用,并在大规模储能领域扮演着重要角色。然而,由于地壳中锂资源的匮乏和分布不均匀,急需寻找新型的储能材料作为锂离子电池的补充和替代品。相比较于锂,钠表现出类似的电化学性质,并在地壳中具有丰富的自然资源;这些优势使钠离子电池(SIBs)成为非常有潜力的储能材料之一。目前,许多研究者对于钠离子电池电极材料进行了相关探索,但仍然无法满足阳极材料关于低价格、高容量和长循环的要求。

  石墨烯电池原理:石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构——性能优异的钠离子电池阳极材料

  【成果简介】

  为了获得电化学性能优异的钠离子电池阳极材料,来自华南理工大学杨成浩教授和南卡罗来纳大学Kevin Huang教授课题组近日在Advanced FuncTIonal Materials上发表了题为A New rGO-Overcoated Sb2Se3 Nanorods Anode for Na+ Battery: In Situ X-Ray DiffracTIon Study on a Live SodiaTIon/DesodiaTIon Process的文章,并被评为Back Inside Cover封面文章。在该文章中,通过简便的一步溶剂热法合成了石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构,并将此复合物作为钠离子电池阳极材料。通过原位X射线衍射研究发现,在Sb2Se3充放电过程中发生了脱嵌反应、转化反应和合金反应,并提供相当高的理论质量比容量。但是,在充放电过程中会经历体积膨胀和收缩,甚至造成活性材料的脱落,导致较低的电子传导率和较差的循环稳定性。最有效的缓解方法是将Sb2Se3置入碳基底材料中作为体积缓冲器来抑制体积膨胀和改善导电率。由于还原氧化石墨烯(rGO)具有较大的比表面积,优异的电子传导性和良好的热稳定性等特点, rGO被认为是Sb2Se3最理想的碳材料基底。

  【图文导读】

  图1. Sb2Se3/rGO复合物作为SIBs阳极材料的物理表征

  石墨烯电池原理:石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构——性能优异的钠离子电池阳极材料

  (A)是X射线衍射图,(B)是拉曼图谱,(C)是热重图谱;(D-F)是X射线光电子能谱。

  图2. Sb2Se3和Sb2Se3/rGO的形貌结构表征图

  石墨烯电池原理:石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构——性能优异的钠离子电池阳极材料

  (A-C)分别是纯相Sb2Se3的TEM、HRTEM和SAED图,(D-G)分别是Sb2Se3/rGO复合物的TEM、HRTEM、SAED和EDX mappings图。

  图3. Sb2Se3和Sb2Se3/rGO的电化学性能表征图

  石墨烯电池原理:石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构——性能优异的钠离子电池阳极材料

  (A-B)分别是Sb2Se3和Sb2Se3/rGO在0.1 mV s-1扫描速率下前五次循环伏安测试图。

  (C-D)分别是Sb2Se3和Sb2Se3/rGO在0.1 A g-1倍率下前五次的充放电测试图。

  (E-G)分别是Sb2Se3和Sb2Se3/rGO在不同倍率、0.1 A g-1和1.0 A g-1下的长期循环测试图。

  图4.充放电过程中结构变化及原理示意图

  石墨烯电池原理:石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构——性能优异的钠离子电池阳极材料

  (A)Sb2Se3/rGO电极首次充放电过程中的原位XRD衍射二维轮廓图。

  (B)Sb2Se3/rGO电极在特定2θ角度下该区域原位XRD衍射图。

  (C)Sb2Se3/rGO复合物的储钠反应机理示意图。

  图5. Sb2Se3/rGO电极在首次充放电过程中不同截止电压下的微观结构图

  石墨烯电池原理:石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构——性能优异的钠离子电池阳极材料

  (A-B)分别是Sb2Se3/rGO 在首次放电过程中截止电压为0.8V和0.01V的TEM/HRTEM图和相对应 SAED图。

  (A-B)分别是Sb2Se3/rGO 在首次充电过程中截止电压为1.5V和3.0V的TEM/HRTEM图和相对应 SAED图。

  图6. Sb2Se3/rGO电极长期循环过程示意图

  石墨烯电池原理:石墨烯包覆Sb2Se3多维纳米结构——性能优异的钠离子电池阳极材料

  【小结】

  通过改善电传导性和缓解严重的体积变化,多维纳米结构的Sb2Se3/rGO复合材料获得优异的倍率性能和循环性能。在0.1、1.0和2.0 A g-1不同的倍率下,分别取得682、448和386mAh g-1的可逆质量比容量;特别是在1.0 A g-1大倍率下循环500圈后,仍然能得到417 mAh g-1的可逆比容量,保持率高达90.2%。通过全面有效的对反应机理进行分析,特殊的多维纳米结构使Sb2Se3和rGO发挥了协同作用,对开发储钠性能优异的电极材料提供了新的研究思路和理论支持。

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发表于 2017-12-04 15:49 308次阅读
非平面几何结构和轴向手性的新型阳离子氮掺杂纳米石...

石墨烯首次参与钢结构桥梁工程,重防腐涂料起重要作...

石墨烯是目前自然界最薄的二维纳米材料,被称为“黑金”、“新材料之王”,具有十分良好的强度、柔韧、导电...

发表于 2017-12-04 15:40 214次阅读
石墨烯首次参与钢结构桥梁工程,重防腐涂料起重要作...

石墨烯潜力无限,射频与光电子器件再获突破

石墨烯的费米能级可以通过外电场调节,不同的费米能级对应不同的石墨烯/光耦合强度,从而实现可调吸收系数...

发表于 2017-12-04 15:36 299次阅读
石墨烯潜力无限,射频与光电子器件再获突破

三星改革智能手机充电技术,充满只需十分钟

现在的手机电池续航短的问题一直手机领域研究的重点。近日,三星爆出猛料,宣布已经成功研制出石墨烯电池,...

发表于 2017-12-02 11:24 391次阅读
三星改革智能手机充电技术,充满只需十分钟

三星石墨烯电池的商业化道路不见尽头

将石墨一层一层剖开后得到的石墨烯,可以方便锂离子嵌入和脱嵌。但石墨烯的表面积比较大,在当前石墨烯嵌锂...

发表于 2017-12-02 09:45 1400次阅读
三星石墨烯电池的商业化道路不见尽头

石墨烯电容器能将神经形态芯片架构和光电子完美结合

石墨烯超级电容器为基于石墨烯材料的超级电容器的统称。由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性,...

发表于 2017-12-02 09:42 237次阅读
石墨烯电容器能将神经形态芯片架构和光电子完美结合

三星研发出石墨烯电池,或引领电动汽车价格升降

星电子(Samsung Electronics)宣传其研究部门——三星先进技术研究院(SAIT)宣布...

发表于 2017-12-01 16:52 622次阅读
三星研发出石墨烯电池,或引领电动汽车价格升降

三星石墨烯电池研发成功?或许是炒作

得益于“石墨烯球”良好的导电性,使得我们可以降低NCM电极中导电剂SP的用量,将活性物质的比例从92...

发表于 2017-11-29 09:49 312次阅读
三星石墨烯电池研发成功?或许是炒作

石墨烯擂台赛,石墨烯润滑油打破国外垄断

石墨烯是世界上已经发现的最薄、最坚硬的物质。是目前在科技界最为流行的一种高性能材料,单层原子的厚度和...

发表于 2017-11-28 14:55 201次阅读
石墨烯擂台赛,石墨烯润滑油打破国外垄断

不只有石墨烯电池,传感器也需要它!

据麦姆斯咨询报道,内布拉斯加大学林肯分校最新的一项研究指出,将DNA尺寸大小的碳带固定在气体传感器上...

发表于 2017-11-28 11:43 1837次阅读
不只有石墨烯电池,传感器也需要它!

石墨烯取暖壁画怎么样_石墨烯取暖壁画靠谱吗

石墨烯发热壁画是超导石墨烯取暖器:  1、外观上:石墨烯红外发热壁画对比空调油汀这类传统取暖器来说...

发表于 2017-11-27 19:46 7403次阅读
石墨烯取暖壁画怎么样_石墨烯取暖壁画靠谱吗

石墨烯电池何时上市?三星正式宣布石墨烯电池研发成...

面对电池续航的瓶颈,手机厂商开始用充电方式弥补续航的不足,目前,手机厂商提升手机的续航时间方法主要有...

发表于 2017-11-27 17:27 6660次阅读
石墨烯电池何时上市?三星正式宣布石墨烯电池研发成...

三星研发出石墨烯电池技术,容量提高45%,12分...

三星电子今天宣布,公司已开发出了石墨烯电池技术,在提高电池容量的同时能够把充电速度提升到现有标准的5...

发表于 2017-11-27 14:31 284次阅读
三星研发出石墨烯电池技术,容量提高45%,12分...

石墨烯充电宝来临,不快充的手机要怎么玩儿?

发表于 2017-11-24 11:42 1083次阅读
石墨烯充电宝来临,不快充的手机要怎么玩儿?

浅谈石墨烯行业展望, 竞争优势和劣势

石墨烯的制备需要尖端的制备工艺,但对资源消耗较少。通常氧化还原法的原材料为石墨,但石墨为原料制备石墨...

发表于 2017-11-23 15:29 268次阅读
浅谈石墨烯行业展望, 竞争优势和劣势

米级单晶石墨烯技术再获突破,20分钟内制备出世界...

最近,在量子调控与量子信息重点专项项目的支持下,北京大学刘开辉研究员、俞大鹏院士、王恩哥院士及其合作...

发表于 2017-11-23 15:22 292次阅读
米级单晶石墨烯技术再获突破,20分钟内制备出世界...

石墨烯进入太空,接受第一次零重力空间应用测试

石墨烯旗舰项目的主任Jari Kinaret表示:“这两个项目体现了石墨烯旗舰项目的双重特性:循环热...

发表于 2017-11-23 15:15 155次阅读
石墨烯进入太空,接受第一次零重力空间应用测试

石墨烯对细菌生物膜的抗菌活性研究

rGO对浮游细菌和固定细菌的杀菌效果也不相同,对固定细菌的杀菌效果弱一些。这主要有以下原因,稳定细菌...

发表于 2017-11-23 15:03 205次阅读
石墨烯对细菌生物膜的抗菌活性研究

花生壳合成石墨烯造能量密度为58.125WhKg...

这项技术不仅为生物质废弃物回收利用的提供了一个有效途径,而且可以为超级电容器等可再生能源储存装置生产...

发表于 2017-11-23 14:55 306次阅读
花生壳合成石墨烯造能量密度为58.125WhKg...

浅谈锂离子电池中石墨烯导电剂的昨天、今天、明天

在导电剂的实际应用工艺中,通过将二维石墨烯与零维导电碳黑复合使用,前者构筑的“长程”导电网络和后者附...

发表于 2017-11-21 15:51 1412次阅读
浅谈锂离子电池中石墨烯导电剂的昨天、今天、明天

石墨烯景气指数上升,行业标准问题亟待解决

景气调查指数报告指出,在取得众多成绩的同时,我国石墨烯产业发展还存在扶持政策针对性低、龙头企业数量较...

发表于 2017-11-21 15:29 97次阅读
石墨烯景气指数上升,行业标准问题亟待解决

有石墨烯产品,冬天再也不怕寒冷

石墨烯被誉为“黑金”“新材料之王”。浙江优尚电热科技有限公司董事长薛光文介绍,在南方城市,居家采暖一...

发表于 2017-11-15 14:47 406次阅读
有石墨烯产品,冬天再也不怕寒冷

石墨烯色水凝胶条纹可作动态条形码标签防伪应用

研究人员将该结构色彩水凝胶条纹设计成一种具有防伪功能的动态条形码标签。这种条形码比现有的条形码提供了...

发表于 2017-11-14 17:57 131次阅读
石墨烯色水凝胶条纹可作动态条形码标签防伪应用

聚碳9月石墨烯新产品发布会 不可错过的电池技术三大亮点

发表于 2017-09-02 11:42 422次阅读
聚碳9月石墨烯新产品发布会 不可错过的电池技术三大亮点