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我校化科院周小四教授课题组在钾离子电池负极材料方面取得系列重要研究进展

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锂铁铁亚铁铝化合物微型蓄干蓄锂电箱充电为智能化运动手机、电动三轮气车等现时代运动专用设配的最主要电以经进步的愈来愈成长期。显然,锂信息储量有特殊性和区域分布图制作相差太大的原因巨大地妨碍了锂铁铁亚铁铝化合物微型蓄干蓄锂电箱充电在大大型储蓄能量转换转换中的操作软件。为对付锂信息的不间断花费,查找锂铁铁亚铁铝化合物微型蓄干蓄锂电箱充电的用作储蓄能量转换转换部件对大大型操作软件至关关键,规划设计构思信息丰富多彩且的的成本价格低廉的储蓄能量转换转换部件还有机会消除在当下锂铁铁亚铁铝化合物微型蓄干蓄锂电箱充电的特殊性性。要取决于到原料料的的成本和电解抛光质中的高速铁铁亚铁铝化合物发送推动磁学、钾的低原则复原电势差、较小的相转移催化剂化铁铁亚铁铝化合物和尤其合适的插层电势差等优势与劣势,钾铁铁亚铁铝化合物微型蓄干蓄锂电箱充电是下一批储蓄能量转换转换专用设配愈来愈有前景的得票数者。即使石墨负极不错操作软件,但能量转换转换规格仍根本无法做到服务业化操作软件的诉求。这样,设计构思组成长平均寿命、可高速充蓄锂电充电且包括高能量转换转换规格的钾铁铁亚铁铝化合物微型蓄干蓄锂电箱充电负极的装修原料意义上非常大的。近期,该校化科院周小四副教授科研课题在在钾铁铁亚铁铝化合物微型蓄干蓄锂电箱充电负极储蓄能量转换转换的装修原料邻域参与深入学习学习,获取一编关键学习最新进展。

成果(1):通过一种简易的(de)两步(bu)合成(cheng)法(fa)将超小的(de)SnTe纳(na)米颗粒(li)与多层石墨烯片复(fu)合(SnTe/MGS),从而得到理想的(de)钾(jia)离子(zi)电池负极材料。💮相关成(cheng)果(guo)以“A highly stable potassium-ion battery anode enabled by multilayer graphene sheets embedded with SnTe nanoparticles”为(wei)(wei)题发表在Chemical Engineering Journal上(shang)(Chem. Eng. J. 2022, 135100)。Chemical Engineering Journal是具有国际影(ying)响力的(de)SCI核(he)心期(qi)刊,影(ying)响因子(zi)为(wei)(wei)13.273。

SnTe是一种典型的窄带隙IV-VI族半导体材料,其带隙能为0.18 eV,由于其独特的热力学和电子特性,已被广泛用于制造相变存储材料、太阳能电池和红外器件等。SnTe具有典型的层状结构,可以促进K+的快速扩散。此外,Sn和Te都可以与大量钾离子形成合金,这有助于SnTe拥有高理论容量。SnTe的密度远高于其它Sn基化合物(6.445 g cm−3),因此在应用于钾离子电(dian)池负极(ji)时表𒆙(biao)现出更大的(de)体积比容(rong)量。上述(shu)优点表(biao)明(ming),SnTe是一种非常有(you)(you)前途的(de)钾离子电(dian)池的(de)高(gao)容(rong)量高(gao)稳定性负极(ji)材(cai)料。然而,根据对当(dang)前已有(you)(you)文献的(de)调查,尚未有(you)(you)关于其作为钾离子电(dian)池负极(ji)材(cai)料的(de)研究。

在本文中,通过两步高能球磨将SnTe纳米颗粒均匀地限制在多层石墨烯片中。SEM、TEM和BET分析显示该复合物拥有相互交错的多孔结构,这种结构可以提供足够的活性位点并缓解循环过程中电极材料的体积变化。CV和非原位XRD结果验证了负极材料具有转化和合金反应相结合的两步K+储存机制。GITT、EIS测试和DFT计算证明了SnTe/MGS出色的离子和电子传输动力学。因此,所制备的SnTe/MGS负极具有优良的K+存储性能,包括良好的倍率性能(0.1 A g−1时比容量为345.7 mAh g−1,2 A g−1时为180.1 mAh g−1)以及稳定的循环性能(0.5 A g−1电流密度下经1000次循环后的可逆容量为279.4 mAh g−1)。还(hai)应该(gai)强调的是,本文首次将SnTe用(yong)作钾离(li)子电(dian)池(chi🌼)的负极,为(wei)高稳定性的钾离(li)子电(dian)池(chi)提供(gong)了(le)一种有(y꧟ou)前途的负极材料(liao)。我(wo)校化(hua)科院19级博士生杜忆忱是该(gai)论文的第一作者,南京师(shi)范大学为(wei)唯一通(tong)讯单位(wei),周(zhou)小四教授和包建(jian)春教授为(wei)共同(tong)通(tong)讯作者。

成果(2):通过高能球磨法将超小的Sn4P3纳米颗粒包埋在多层石墨烯片层(MGS)中,得到Sn4P3/MGS复合材料,并将其用于钾离子电池负极材料。相关成果以“Sn4P3nanoparticles confined in multilayer graphene sheets as a high-performance anode ma🐻terial fo🧸r potassium-ion batteries”为题(ti)发表在Journal of Energy Chemistry(J. Energy Chem. 2022 413‒421)上。Journal of Energy Chemistry是(shi)我国(guo)具有国(guo)际影响(xiang)力(li)的SCI核心期(qi)刊,影响(xiang)因子为9.676。

XRD测试结果显示Sn4P3/MGS-80复合物对应菱形Sn4P3相(JCPDS card No. 71-2221)。扫描电镜和透射电镜分析显示Sn4P3/MGS-80为小且厚的片层结构,而超小的Sn4P3纳米颗粒均匀地分布在片层中间。此外,d间距为0.34 nm的晶格条纹对应于菱形Sn4P3的(012)晶面,进一步证实了Sn4P3的高纯度相。EDX元素分布图则表明Sn和P元素均匀地分布在多层石墨烯片层中。均匀分散的Sn4P3纳米颗粒和石墨烯包覆层互相接触形成三维网络结构,这种结构不仅可以有效的缓解材料在循环过程中的体积变化,还为离子和电子提供了连续的传输路径,极大的改善了储钾性能。并且二元合金Sn4P3结合了Sn和P的优势,同时拥有较高的理论比容量和电子导电性。高导电性的多层石墨烯片既提高了材料的整体导电性,还极大的缓解了Sn4P3的聚(ju)集,有(you)力地改善(shan)了负(fu)极材料的动力学过(guo)程。

得益于Sn4P3纳米颗粒和多层石墨烯片之间的协同作用,该复合物在作为钾离子电池负极时在0.1 A g−1的电流密度下经100圈循环后比容量为393.3 mAh g−1,当电流密度提高到2 A g−1,其比容量仍有215.7 mAh g−1。同时,Sn4P3/MGS-80电极还表现出优异的超长循环稳定性,经1000圈循环后,该电极的比容量仍稳定在245.5 mAh g−1,容量保持(chi)率🎃为(wei)76.6%。我校化科(ke)院19级博士(shi)生杜忆忱是该(gai)论♏文的第(di)一(yi)作者,南京师范大学为(wei)唯一(yi)通(tong)讯(xun)单位(wei),周(zhou)小四教授和包建春教授为(wei)共同通(tong)讯(xun)作者。

成果(3):通过简便的溶剂热法和随后的新型低温硫化工艺制备了嵌入中空碳纳米球的超小Fe7S8纳米晶体(Fe7S8@HCSs)。Fe7S8@HCS复合材料凭借精致的中空纳米结构、超小活性粒径和导电碳基体,表现出优异的储钾性能。相关成果以“Implantation of Fe7S8Nanocrystals into Hollow Carbon Nanospheres for Efficient Potassium Storage”为题(ti)发表(biao)在Journal of Colloid and Interface Science上(J. Colloid Interface Sci.2022, 840꧑‒848)。Journal of Colloid and Interface Science是国际知名学术期刊,影响(xiang)因子为8.128。

SEM和TEM图像揭示了所合成的Fe7S8@HCSs详细的形貌和微观结构,其表现出明确的球形结构和均匀的尺寸分布,直径约为670 nm。外壳和中心空隙之间存在的颜色深度对比清楚地阐明了产物的中空属性。更高倍数的TEM图像则显示出许多超小的纳米粒子(~10 nm)分布在中空碳球中,并且表现出高度的均匀性和分散性。使用HRTEM进一步表征Fe7S8@HCSs的晶体结构,结果显示其特征层间距约为0.207 nm,与Fe7S8的(402)晶面间距相匹配。Fe7S8@HCSs的♈相(xiang)关EDX元素(su)映射图清(qing)楚地表明C、S和Fe的均匀分(fen)布,重(zhong)量比分(fen)别为9.1%、35.2%和55.7%。

由于超细的Fe7S8纳米颗粒和精细的中空碳纳米结构,Fe7S8@HCS电极表现出显著增强的钾离子储存能力。具体来说,Fe7S8@HCS电极显示出非常可观的可逆容量(523.2 mAh g−1,0.1 A g−1,100次循环),出色的倍率性能(176.7 mAh g−1,5 A g−1)和高达500次的长循环稳定性(235.5 mAh g−1,0.5 A g−1)。我校化科院21级博士研(yan)究(jiu)生徐(xu)一(yi)帆是该论文💎的(de)第一(yi)作者(zhe),南(nan)京师(shi)范(fan)大(da)学为(wei)第一(yi)通(tong)讯单位,周小四教(jiao)授(shou)和孙冬梅教(jiao)授(shou)为(wei)共(gong)同通(tong)讯作者🐽(zhe)。

  • 更新时间
    2020年012月03日 10:06
  • 阅读量
  • 供稿
    化科院
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