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鈉離子電池 (SIB) 的商業(yè)應(yīng)用由于缺乏具有高容量、合適氧化還原電位和循環(huán)穩(wěn)定性的負(fù)極材料而受到阻礙。合金型材料在鈉化和脫鈉過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生巨大的體積變化，最終導(dǎo)致電極粉化、電極碎裂和電極的劇烈循環(huán)衰減。

在此，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校盧云峰教授、沈力博士及華東理工大學(xué)莫潤(rùn)偉教授等人報(bào)道了一種基于封裝在兩親性和多孔石墨烯管 (GT) 中的Sn₄P₃的新型復(fù)合負(fù)極。這種兩親GT由內(nèi)部親水石墨烯管（N摻雜）和外部疏水石墨烯管（未摻雜）組成，這保證了Sn₄P₃納米顆粒在GT內(nèi)的有限生長(zhǎng)和納米顆粒體積膨脹的有效調(diào)節(jié)。GT分散在含有水系Sn前體的水溶液中，允許溶液滲透到親水管中。

隨后的水熱處理將前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為SnO₂，從而形成了在管內(nèi)生長(zhǎng)的SnO₂納米顆粒的GT復(fù)合材料。值得注意的是，SnO₂納米粒子也可能在GT外部和溶液中生長(zhǎng)，可以通過洗滌和過濾輕松去除，從而形成具有良好封裝的SnO₂納米粒子的GT復(fù)合材料。最后，封裝的SnO₂通過磷化處理轉(zhuǎn)化為Sn₄P₃，導(dǎo)致形成 Sn₄P₃/GT復(fù)合材料，其中Sn₄P₃限制在GT內(nèi)。

圖1. Sn₄P₃/GT復(fù)合電極的電化學(xué)性能

與現(xiàn)有技術(shù)相比，獨(dú)特的兩親性允許在N摻雜的GT內(nèi)單獨(dú)形成Sn₄P₃顆粒，這不僅適應(yīng)了其在鈉化和去鈉過程中的體積變化，而且還將這些顆粒及其環(huán)狀化合物保留在GT內(nèi)。此外，導(dǎo)電GT以及納米Sn₄P₃還提供了更快的電子和離子傳輸速率。

因此，Sn₄P₃/GT復(fù)合負(fù)極具有高可逆容量（821 mAh g^-1@0.2 A g^-1）、優(yōu)異的倍率性能（326 mAh g^-1@20 A g^-1）和出色的循環(huán)穩(wěn)定性（500次循環(huán)后可逆容量保持率>90%）。這種策略可以擴(kuò)展到在充放電過程中經(jīng)歷劇烈體積變化的其他轉(zhuǎn)化型和合金型材料。

圖2. Sn₄P₃/GT復(fù)合電極的鈉化/脫鈉機(jī)制

High Performance Sodium Ion Anodes Based on Sn₄P₃ Encapsulated within Amphiphilic Graphene Tubes, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102345

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加大/華理AEM: 基于封裝在兩親石墨烯管的Sn4P3的新型鈉電負(fù)極

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