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復(fù)雜的中空碳結(jié)構(gòu)對于錨定多硫化物和提高室溫鈉硫電池中硫的利用率具有重要作用。然而，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它們的合成極具挑戰(zhàn)性。

在此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)余彥教授、馬騁教授及廈門大學(xué)張橋保副教授等人提出了一種簡單的蝕刻碳化策略，將單分散ZIF-8納米立方體轉(zhuǎn)化為N/O共摻雜多室碳納米盒（MCCB），由外部的多孔碳?xì)ず蛢?nèi)部連接的具有中空結(jié)構(gòu)的碳網(wǎng)格組成。該結(jié)構(gòu)具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

（1）硫物質(zhì)的強(qiáng)固定性：MCCBs 提供多個分離的限制空隙和容納硫的負(fù)載位點(diǎn)。此外，N/O摻雜的碳可以通過化學(xué)吸附進(jìn)一步牢固地錨定多硫化物。

(2) 增強(qiáng)電子和離子電導(dǎo)率：多孔碳?xì)ず蛢?nèi)部連接的碳網(wǎng)格可以促進(jìn)電子和離子的轉(zhuǎn)移，從而增強(qiáng)電極動力學(xué)的活性。

(3) 優(yōu)越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：多室孔隙可以有效緩沖體積變化，更重要的是，內(nèi)部連接的碳網(wǎng)格可以作為骨架強(qiáng)烈支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而保證電極的長循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. S@MCCBs制備過程、模擬模型及表征

因此，基于S@MCCBs組裝的室溫Na-S電池表現(xiàn)出高倍率容量（596/328 mAh g^-1@5/10 A g^-1）和良好的循環(huán)性能（在5 A g^-1下800次循環(huán)中每個循環(huán)的容量衰減為 0.045%）。S@MCCBs的先進(jìn)儲鈉性能可以通過微/介孔和內(nèi)部空隙空間的捕獲性、電子和離子的電導(dǎo)率以及 N/O 摻雜工程的協(xié)同作用來解釋，其有效地增強(qiáng)了S的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和電極的穩(wěn)定性。

此外，異位X射線光電子能譜（XPS）和原位透射電子顯微鏡（TEM）觀察證實(shí)了（脫）鈉化過程中S@ MCCBs的良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作展示了為高性能儲能系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確構(gòu)建復(fù)雜中空材料的有效策略。

圖2. 基于S@MCCBs的Na-S電池性能

An Efficient Strategy toward Multichambered Carbon Nanoboxes with Multiple Spatial Confinement for Advanced Sodium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c09402

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余彥/張橋保/馬騁ACS Nano: 用于先進(jìn)鈉硫電池的多室碳納米盒

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