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新疆大学王省超&黄玉代:煤基分层多孔碳纳米纤维的制备及其作为钠离子电池高性能负极的应用

学术动态    2022-06-23 17:07

DOI: 10.1002/celc.202200496

 

由于钠资源丰富,钠离子电池(SIBs)成为公认的最有前景的锂离子电池(LIBs)替代品之一。然而,由于缺乏先进的电极材料,尤其是负极材料,SIBs的部署受到了严重阻碍。在此,研究者通过简单的静电纺丝结合活化方法制备了煤基分层多孔碳纳米纤维(HPCCNFs)。化学活化使HPCCNF-1具有微/中孔集成结构和适当的比表面积(2236.43m2/g),同时将碳层间距扩大到0.386nm,有利于离子和电子的传输。N掺杂不仅会产生外部缺陷和活性位点,还会增加材料的导电性。当用作SIBs负极材料时,HPCCNFs-1表现出优异的循环稳定性(高达1000次循环)和良好的倍率性能(5A/g时为121.7mAh/g)。这项工作表明,煤基碳纳米纤维是一种很有前途的高性能电池负极材料。

 

图1.(a)HPCCNFs的制造工艺示意图。(b)CCNFs、HPCCNFs-0.5、HPCCNFs-1和HPCCNFs-2的XRD图谱、(c)拉曼光谱和(d)FTIR图谱。

 

图2.(a)CCNFs、(b)HPCCNFs-0.5、(c)HPCCNFs-1和(d)HPCCNFs-2的FE-SEM图像。(e)HPCCNFs-1的TEM图像、(f)HRTEM图像、(g)SEM图像和(h-j)相应EDS映射。

 

图3.HPCCNFs-0.5、HPCCNFs-1和HPCCNFs-2的(a)N2吸附/解吸等温线和(b)孔径分布;HPCCNFs-1的XPS光谱:(c)全扫描光谱,(d)C1s、(e)N1s和(f)O1s的高分辨率光谱。

 

图4.(a)在0.01-3.0V之间,以0.1mV/s的扫描速率获取的CV曲线,(b)HPCCNFs-1在0.1A/g下进行初始三个循环的充放电曲线;(c)HPCCNFs-1在5A/g下的循环性能,(d)倍率性能,以及(e)HPCCNFs-1与其他碳基负极材料的倍率性能比较。

 

图5.CCNFs、HPCCNFs-0.5、HPCCNFs-1和HPCCNFs-2的(a)EIS曲线和(b)Z'-ω-1/2曲线。

 

图6.(a)HPCCNFs-1电极在0.1到5mV/s的不同扫描速率下的CV曲线,(b)峰值电流与扫描速率的关系,(c)扫描速率为0.5mV/s时的电容贡献曲线,以及d)不同扫描速率下HPCCNFs-1电极的电容贡献率。