設(shè)計(jì)具有高導(dǎo)電性、強(qiáng)捕獲能力和長(zhǎng)期耐用等優(yōu)點(diǎn)的納米結(jié)構(gòu)主機(jī)，以改善紅磷(RP)的絕緣特性和極大的體積變化，是開(kāi)發(fā)高性能鋰/鈉離子電池(LIBs/SIBs)的一種有前景的選擇。在這里，我們提出并制作了一種多功能的RP固定器，它包含一個(gè)氮摻雜的空心MXene球(NM)和雙面多孔碳網(wǎng)絡(luò)(DCNM)。在這種配置下，高導(dǎo)電性的大孔NM不僅有利于電子的快速傳遞，而且還可以作為捕獲中心，通過(guò)強(qiáng)的化學(xué)吸附捕獲聚磷，而均勻分布的微介孔碳網(wǎng)絡(luò)在球體內(nèi)外提供可靠的RP調(diào)節(jié)，減輕體積膨脹，并創(chuàng)建相互穿透的離子擴(kuò)散和電子傳遞通道。得益于三殼結(jié)構(gòu)和唯一約束的協(xié)同作用，類似hoya的DCNM@RP陽(yáng)極對(duì)lib和sib表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的電化學(xué)性能，提供了高可逆容量、出色的速率特性和延長(zhǎng)的循環(huán)性能:在2℃下，高達(dá)1800次循環(huán)，每循環(huán)容量衰減0.01%，每循環(huán)超過(guò)1000次的sib衰減0.024%。
圖1 示意圖說(shuō)明DCNM@RP復(fù)合材料的制造。
圖2. (a) HM的SEM圖像和(b, c) TEM圖像和相應(yīng)的元素映射(插圖:MX@PS混合的SEM圖像)。(d) DCNM的SEM圖像和(e - g) TEM圖像以及相應(yīng)的元素映射。(h, i) DCNM@RP的SEM圖像和對(duì)應(yīng)的RP mapping圖像。
圖3 (a) DCNM、HM和MX的XRD譜圖。(b) DCNM和HM的XPS測(cè)量光譜。(c) XPS Ti 2p和(d) XPS N 1s的DCNM光譜。(e) N
2吸附/解吸等溫線和(f) DCNM、HM和DCNM@RP對(duì)應(yīng)的孔徑分布。
圖4. LIBs的電化學(xué)性能。
圖5 (a) lib在0.1到1.0 mV s−1的各種掃描速率下DCNM@RP陽(yáng)極的CV曲線。(b)觀察到的陽(yáng)極峰和陰極峰的DCNM@RP和SCNM@RP陽(yáng)極的log(Ip)和log(v)的關(guān)系。(c)在0.4 mV s−1時(shí)分離的DCNM@RP陽(yáng)極的電容控制和擴(kuò)散控制貢獻(xiàn)。(d) DCNM@RP陽(yáng)極在不同掃描速率下的電容貢獻(xiàn)比。(e)衍生自CV輪廓的DCNM@RP和SCNM@RP陽(yáng)極的陰極和陽(yáng)極峰的Ip/v1/2。(f) lib中DCNM@RP, SCNM@RP和HM@RP節(jié)點(diǎn)的GITT配置文件。(g) Li+離子擴(kuò)散系數(shù)隨三種陽(yáng)極在鋰化和蝕除過(guò)程中狀態(tài)的變化。
圖6 優(yōu)化了LiP5在(a) Ti3C2和(b)摻雜n的Ti3C2表面上的結(jié)構(gòu)和吸附能。
圖7 SIBs的電化學(xué)性能。
相關(guān)科研成果由上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)Xiaobin Hu等人于2023年發(fā)表在ACS Nano (https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141275)上。原文：Hoya-like Hierarchical Porous Architecture as Multifunctional Phosphorus Anode for Superior Lithium−Sodium Storage。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
