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[交流]
【電池材料】SnSe/少層石墨烯微納米結構：鋰/鈉離子電池致密且耐用的陽極材料
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依然發(fā)不了圖片，需要英文原文的私信我郵箱，并發(fā)送220505，我看到后會發(fā)給大家 一段話了解全文 通過等離子球磨法合成了具有高振實密度（2.3g·cm-3）的SnSe/少層石墨烯（FLG）復合材料，其中SnSe納米顆粒與FLG基體緊密結合。FLG可有效緩解SnSe在循環(huán)過程中體積膨脹產(chǎn)生的應力。等離子球磨后，F(xiàn)LG上形成大量空位缺陷，使SnSe納米顆粒與FLG基質(zhì)之間具有很強的親和力，防止長期循環(huán)后SnSe顆粒聚集或分離。作為鋰離子電池的負極，在所報道的SnSe基陽極中壽命最長（在1.0A·g-1下2000次循環(huán)后容量保持率為92.8%）。鈉離子電池中，1.0A·g-1下1000次循環(huán)后容量保持率為91.6%。是一種很有前途的高性能鋰/鈉離子電池負極。 材料制備 將Sn粉、Se粉和EG在不銹鋼小瓶中混合，(Sn/Se)/EG的質(zhì)量比為7:3，Sn/Se的摩爾比為1:1，在純氬氣氛下等離子球磨處理20小時合成SnSe/FLG。P-milling是一種結合高能球磨和介質(zhì)阻擋放電等離子體的材料加工方法。通過在沒有等離子體的情況下對上述混合物進行球磨20小時合成SnSe/C。摩爾比為1:1的Sn粉和Se粉的混合物進行P-milling20小時來合成裸SnSe。 結果與討論 EG進行P-milling后，數(shù)百納米的初級粒子組裝成幾微米的次級粒子，振實密度高達2.30g·cm-3。附聚物的表面變得光滑并涂有薄膜，表明FLG已成功包覆SnSe。SnSe/FLG粒徑遠小于SnSe和SnSe/C。 圖片 圖1 (a)SnSe/FLG的SEM圖 (b)SnSe/FLG的TEM圖 (c)SnSe/FLG的SAED圖 (d)(b)-A區(qū)的HRTEM圖 (e,f)放大A區(qū)域的HRTEM圖 (g)(b)-B區(qū)的HRTEM圖 (h，i)B區(qū)域的放大HRTEM圖 SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG中SnSe晶體的平均尺寸分別為24、15和8nm。與傳統(tǒng)球磨相比，P-milling可以更有效地減小SnSe晶體的尺寸，并且FLG包覆可以減少SnSe晶體的聚集。拉曼光譜表明P-milling20小時層狀EG更好的剝離為FLG，引起的缺陷（如空位等）更多。FLG基體的缺陷有利于Sn-C和Se-C鍵的形成，這增加了FLG對SnSe的親和力，是該負極具有優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性的關鍵之一。 圖片 圖2 (a)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG的XRD圖譜。(b,c)EG、SnSe/C 和 SnSe/FLG 的拉曼光譜。(d−f) SnSe/FLG 的 C 1s、Sn 3d 和 Se 3d XPS 光譜 上述獨特的微納結構SnSe/FLG復合材料作為LIB負極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。SnSe/FLG的體積容量優(yōu)于大多數(shù)報道的LIB陽極。在隨后的循環(huán)中，放電/充電曲線相似，表明 SnSe/FLG具有高循環(huán)穩(wěn)定性。SnSe/FLG的倍率性能優(yōu)于SnSe和SnSe/C。此外，隨著電流密度降低，容量也可以完全恢復。經(jīng)過200次循環(huán)后，SnSe/FLG仍可提供830.8mAh·g-1的高容量，容量保持率為96.1%。SnSe和SnSe/C表現(xiàn)出嚴重的容量衰減，在200次循環(huán)后容量保持率分別僅為65.5%和30.4%。SnSe/FLG表現(xiàn)出最高和最穩(wěn)定的庫侖效率，這表明其具有最佳的反應可逆性和結構穩(wěn)定性，優(yōu)于其他報道的基于SnSe的陽極。 圖片 圖3 電化學性能對比 Li/Li+。(a)CV曲線 (b)SnSe/FLG在0.2A·g-1的放電/充電曲線 (c)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG的倍率性能 (d,e)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG在0.2A·g-1下的循環(huán)性能和庫侖效率 (f)在高電流密度下測試的SnSe/FLG的循環(huán)性能 (g)本工作中用于鋰離子電池的SnSe/FLG陽極的循環(huán)穩(wěn)定性與最近報道的SnSe基陽極的比較 循環(huán)前SnSe和SnSe/C電極的厚度約為8.3和8.0μm，在0.2A·g-1下循環(huán)200次后厚度增加到約 25.2和18.9μm，循環(huán)后的電極出現(xiàn)了一些裂紋。SnSe/FLG電極在循環(huán)前后厚度從8.1變?yōu)?0.2μm，變化不明顯。循環(huán)后SnSe/FLG電極保持完整，沒有裂紋。相反，在SnSe和SnSe/C電極中有嚴重的裂紋。再次證明Sn-C和Se-C共鍵和FLG載體可以有效地抑制大的體積變化并防止電極的解體。 圖片 圖4 (a-c)循環(huán)前SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG電極的橫截面SEM圖 (d-f)循環(huán)后SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG電極的橫截面SEM圖 (g-i)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG電極在循環(huán)后的表面SEM圖 SnSe相可以在鋰化/脫鋰過程后重新出現(xiàn)在200次循環(huán)后，SnSe/FLG（111）峰的半峰寬幾乎沒有變化，大多數(shù)SnSe納米顆粒仍然均勻分布在SnSe/FLG電極中的碳基體中。 圖片 圖5 (a-c)不同循環(huán)后SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG電極的非原位XRD圖 (d-f)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG電極在循環(huán)后的TEM圖 (g-i)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG電極在循環(huán)后的HRTEM圖 全電池測試顯示在0.5-3.3V的電壓窗口中，在0.5A·g-1下表現(xiàn)出602mAh·g-1的高可逆容量，在120次循環(huán)后仍保持526mAh·g-1的高容量。此外，SnSe/FLG復合材料還表現(xiàn)出極好的鈉儲存性能。 圖片 圖6 (a,b)SnSe/FLG//LiFePO4全電池在0.5和3.3V之間在0.5A·g-1下測試的放電/充電曲線和循環(huán)性能 (a)的插圖是由全電池點亮的LED面板。電化學性能與Na/Na+的關系：(c)SnSe/FLG在0.2mV·s-1下掃描的CV曲線 (d)SnSe/FLG在0.2A·g-1下的放電/充電曲線 (e)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG在0.2A·g-1下的循環(huán)性能 (f)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG的倍率性能 (g)在高電流密度下測試的SnSe/FLG的循環(huán)性能 上述結果表明，微納米結構的SnSe/FLG復合材料作為LIB和SIB陽極表現(xiàn)出極好的電化學性能。優(yōu)異的電化學性能與其獨特的結構密切相關：(1)所獲得的微尺寸二次顆粒具有高振實密度，從而導致高體積容量和高體積能量密度。(2)FLG基體可以作為柔性緩沖層，有效緩解循環(huán)過程中SnSe體積變化產(chǎn)生的大應力，同時還可以作為導電網(wǎng)絡，為電子和離子傳輸提供快速通道。(3)Sn-C和Se-C的共鍵得益于大量空位缺陷的形成，使得SnSe納米顆粒與FLG基體之間具有很強的親和力，即使經(jīng)過多次循環(huán)，也可以通過防止SnSe聚集和分離來穩(wěn)定電極結構。 結論 開發(fā)了一種簡便的P-milling一步法，用于合成具有高振實密度的微納米結構SnSe/FLG復合材料，其中SnSe納米顆粒與FLG基質(zhì)牢固結合，組裝納米級初級粒子，然后組裝微米級二級顆粒。FLG基質(zhì)由于其超強的強度，可以有效緩解SnSe的大循環(huán)引起的應力。由EG到FLG的Pmilling剝離中形成大量C空位缺陷形成Sn-C和Se-C共鍵，使SnSe納米顆粒與FLG基質(zhì)之間具有很強的親和力，防止SnSe聚集和在長時間循環(huán)后脫落。 以上結論來自于 Cheng, Deliang, Yang, et al. Sn-C and Se-C Co-Bonding SnSe/Few-Layered Graphene Micro-Nano Structure: Route to a Densely Compacted and Durable Anode for Lithium/Sodium-Ion Batteries. 圖片 (END) 等離子球磨技術由華南理工大學朱敏教授團隊研制，是將冷場放電等離子體引入到機械振動球磨中，利用近常壓下氣體在球磨罐中形成高能量的非平衡等離子體和機械球磨的協(xié)同作用，促進粉末的組織細化、合金化、活性激活、化合反應及加速原位氣-固相反應等，能極大地提高球磨效率，顯著降低球磨污染，并形成獨特的結構而顯著提高材料的性能。 注：文章內(nèi)容由小編精讀文獻后的總結歸納，僅供交流參考，版權歸原作者所有。如侵權，請聯(lián)系 |
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3樓2022-05-05 16:23:41
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JeromeXu2樓
2022-05-05 16:22
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tzynew4樓
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