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奮進南師

我?;圃褐芐∷慕淌誑翁庾樵凇禔ngewandte Chemie》發表重要研究成果

 

近日,我?;圃褐芐∷慕淌誑翁庾樵詡乩胱擁緋亓煊蛉〉彌匾芯拷?。相關成果以“Enabling Superior Electrochemical Properties for Highly Efficient Potassium Storage by Impregnating Ultrafine Sb Nanocrystals within Nanochannel-Containing Carbon Nanofibers”為題發表在Angew. Chem. Int. Ed.《德國應用化學》上(DOI: 10.1002/anie.201908918;文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full /10.1002/anie.201908918)。Angew. Chem. Int. Ed.雜志是Wiley公司的王牌雜志,也是化學學科頂級期刊。

鉀離子電池(PIBs)具有高能量密度,且鉀資源豐富,成本低廉,引起了人們的廣泛關注。實現鉀離子電池大規模應用的關鍵之一是尋找到具有高可逆容量、優異倍率性能和長循環穩定的電極材料。銻(Sb)由于具有較高的理論比容量、特殊的褶皺層結構和良好的工作電壓,被認為是PIBs最有潛力的負極材料之一。然而,巨大的體積變化極大地限制了銻的實際應用。雖然Sb合金化反應可提供660 mAh g-1的理論容量,但這種合金化通常伴隨著超過400%的體積膨脹和Sb顆粒在循環過程中的粉化。銻顆粒的粉化會導致活性材料電接觸的損失和固體電解質膜(SEI)的持續生成。另外,Sb納米顆粒在循環過程中的聚集又會導致動力學衰減和循環穩定性的下降。

減小Sb顆粒尺寸并將其與碳網絡結合是緩沖體積變化和增強離子與電子傳輸方面的有效策略,但是這些方法在提高電池循環壽命和倍率性能方面仍有不足。這主要是由于納米結構的Sb不可避免地傾向于破裂、聚集、與碳骨架分離,在充電和放電過程中減少電子傳輸路徑。此外,已經證明使用分層多孔結構可顯著加速活性材料的電子和離子傳輸,從而改善二次電池的循環穩定性和倍率性能。

近日,我?;圃褐芐∷慕淌誑翁庾槭褂昧艘恢旨蟣憧尚械姆椒?,即靜電紡絲及后續熱處理,將超細Sb納米晶體原位分散在包含有納米通道陣列的碳納米纖維中([email protected])。該工作利用聚合物溶解度參數差異并調節反應合成條件,制備了迄今為止銻尺寸最小的銻/碳復合物。由于具有極小尺寸的銻顆粒和納米通道陣列的碳納米纖維,[email protected]實現了快速的鉀離子擴散和應力釋放,解決了不穩定的銻/電解質界面、巨大的體積變化等問題。作為一種自支撐鉀離子電池負極,[email protected]表現出高可逆容量、超長的循環穩定性和優異的倍率性能。

本?;圃涸詼裂芯可鸚穹際俏惱碌牡諞蛔髡?,周小四教授為通訊作者。

  • 更新時間

    2019年10月08日

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  • 供稿

    化科院

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