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201214760216木蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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[交流]
【電池材料】一種穩(wěn)定且高容量的鋰離子電池負(fù)極：由少量石墨烯報(bào)廢的Fe2O3
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今天分享一篇電池負(fù)極的文獻(xiàn)，等離子球磨工藝進(jìn)行石墨烯包覆，需要原文的私信我230911，讓我知道你需要哪一篇，留下郵箱，我看到后郵箱發(fā)你。 一段話了解全文 使用等離子球磨技術(shù)一步合成少層石墨烯納米片包覆Fe2O3的復(fù)合材料(Fe2O3-FLG)，該方法可有效降低Fe2O3的粒徑并將石墨剝離成FLG。由于FLG納米片的緊密包裹，該復(fù)合材料具有出良好的電化學(xué)性能，且有利于電極的導(dǎo)電性和完整性。20h處理后的樣品300次循環(huán)后其容量為理論的88%。通過(guò)P-milling方法制備的Fe2O3-FLG復(fù)合材料有望作為高性能鋰離子電池的負(fù)極材料。 Fe2O3-FLG復(fù)合材料的合成 P-milling中心電極與磨機(jī)之間施加22kV的電壓，工作時(shí)充有0.1MPa的氬氣。將10克Fe2O3(平均粒徑1μm)粉末和石墨(平均粒徑30μm)按8:2的重量比混合。為了研究球磨后石墨層的結(jié)構(gòu)，在濃鹽酸中腐蝕P-milling樣品12小，然后在60℃下洗滌并干燥24小時(shí)，制備了去除Fe2O3的P-milling復(fù)合材料樣品用于觀察石墨層厚度。 結(jié)果與討論 通過(guò)一步P-milling工藝合成由少數(shù)層狀石墨烯納米片包覆的Fe2O3顆粒。在研磨過(guò)程中，氬原子在22kV的電場(chǎng)中被電離。氬等離子體被加速并粉碎石墨，將動(dòng)能以熱量的形式傳遞給石墨，從而削弱了石墨烯層之間的范德華鍵。前10小時(shí)FLG納米片被剪切力剝離。延長(zhǎng)至20小時(shí)時(shí)，F(xiàn)LG的量不再增加，在研磨球的擠壓下，F(xiàn)LG納米片牢固地包覆Fe2O3納米顆粒。 方案1 Fe2O3-FLG復(fù)合材料制備示意圖 通過(guò)SEM研究P-milling過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演變。P5中厚大片狀物為石墨層，顆粒為Fe2O3。當(dāng)研磨時(shí)間延長(zhǎng)至20小時(shí)時(shí)，可以明顯觀察到石墨層變得薄而透明，緊緊包裹在Fe2O3顆粒周?chē)�。進(jìn)行TEM觀察FLG納米片厚5-8nm，相當(dāng)于15-25層石墨烯(圖1e的插圖)。通過(guò)在濃鹽酸中去除Fe2O3顆粒來(lái)制備裸FLG納米片，空心殼意味著在去除之前Fe2O3顆粒被包裹在里面 圖1 (a)P5 (b)P10 (c)P20的SEM圖像 (d)和(e)P20的TEM圖像 (f)去除Fe2O3后P20的SEM圖像 D波段和G波段的相對(duì)強(qiáng)度比(ID/IG)在原始石墨中為0.47，而對(duì)于P20則增加到2.28。ID/IG的增加表明在P-milling過(guò)程中完美石墨的結(jié)構(gòu)崩潰和向FLG的轉(zhuǎn)變，這與SEM和TEM結(jié)果非常一致。 XRD顯示P-milling樣品中Fe2O3的(104)和(110)峰展寬，P5、P10和P20中Fe2O3的平均晶體尺寸分別為51、35和28nm，F(xiàn)e2O3的顯著細(xì)化。原始石墨樣品的強(qiáng)(002)衍射峰在P5處減弱，在P10和P20處變得不明顯，表明石墨層減少。 FLG納米片的熱穩(wěn)定性受石墨烯層數(shù)的顯著影響。在TG曲線碳的氧化溫度隨著P-milling時(shí)間的增加而降低，這表明FLG納米片的層數(shù)隨著研磨時(shí)間的增加而減少。P20(504℃)的氧化溫度與P10(522℃)的非常接近，表明FLG納米片的層數(shù)在前10小時(shí)研磨中急劇減少，然后逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 圖2 (a)P-milling樣品的拉曼光譜 (b)P-milling樣品、原始Fe2O3和石墨的XRD圖譜 (c)PR5、PR10和PR20的N2吸附等溫線，插圖為PR20的孔徑分布曲線 (d)P-milling樣品和原始石墨的DSC和TG(插圖)曲線 隨著P-milling時(shí)間的延長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)FLG更緊密有效地包覆Fe2O3。該結(jié)構(gòu)有利于所得Fe2O3-FLG納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能。P20的CV循環(huán)中，第2次和第5次循環(huán)中重疊的CV曲線表明Fe3+和Fe0之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)具有良好的可逆性。P20的初始放電容量為916mAh·g-1，庫(kù)侖效率為79%，其可逆容量(729 mAh·g-1)等于P20理論容量(880.0 mAh·g-1，考慮Fe2O3和石墨的重量比)的82.8%。原始Fe2O3的可逆容量在50次循環(huán)中迅速衰減至僅200mAh·g-1。隨著石墨的引入，P10和P20的可逆容量在50次循環(huán)后增加到約700 mAh·g-1。然而，200次循環(huán)后，P10僅保留370 mAh·g-1，而P20在300次循環(huán)后達(dá)到758 mAh·g-1。P20改善的循環(huán)性能更優(yōu)。同時(shí)圖3c中，P20也表現(xiàn)出良好的倍率性能。 圖3 (a)P20在0.1mV·s 1掃描速率下的循環(huán)伏安結(jié)果 (b)P-milling樣品和原始Fe2O3樣品在200mA·g-1下測(cè)試的循環(huán)充放電容量，插圖是P20的電位與容量曲線 (c)P20的倍率能力 (d)P-milling樣品和裸Fe2O3的阻抗圖 上述結(jié)果表明，通過(guò)20hP-milling制備的Fe2O3-FLG具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。儲(chǔ)能性能的提高可歸因于以下幾個(gè)方面：(1)Fe2O3微晶尺寸的減小引入了更多的晶界、更短的路徑和更大的活性表面積，這對(duì)鋰離子的擴(kuò)散和動(dòng)力學(xué)非常有利氧化還原反應(yīng)。(2)FLG納米片具有導(dǎo)電性，為電子傳輸提供了路徑，涂層有利于鋰的儲(chǔ)存。(3)對(duì)于P-milling電極，EIS中的半圓直徑較小(圖3d)表明P5的接觸和電荷轉(zhuǎn)移電阻低于裸Fe2O3電極。(4)包裹在Fe2O3納米顆粒周?chē)腇LG納米片作為基質(zhì)，抑制充放電過(guò)程中的體積變化。相反，不均勻的涂層如P10(圖4c)導(dǎo)致部分聚集和粉化，最終導(dǎo)致電極材料的劇烈剝離。 圖4 (a,b)P20和(c,d)P10 電極在200mA·g-1100次循環(huán)后的SEM圖像 結(jié)論 具有高容量和穩(wěn)定性的FLG納米片包裹的Fe2O3已通過(guò)簡(jiǎn)便且大規(guī)模的一步P-milling方法成功合成。P-milling可有效減小Fe2O3的粒徑，將石墨剝離成FLG，并形成Fe2O3-FLG與FLG包裹Fe2O3的復(fù)合材料。由于FLG納米片的緊密包裹，P20在P-milling樣品中表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能，這有利于電極優(yōu)良的導(dǎo)電性和完整性。300次循環(huán)后，P20在200Ma·g-1下仍保持758mAh·g-1的可逆容量，相當(dāng)于其理論容量的88%。憑借優(yōu)異的電化學(xué)性能，通過(guò)P-milling制備的Fe2O3-FLG復(fù)合材料有望作為高性能鋰離子電池的負(fù)極材料。 以上結(jié)論來(lái)自于 Wang, Yukun, Yang,等. A stable and high-capacity anode for lithium-ion battery: Fe2O3 wrapped by few layered graphene. |
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201214760216
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ZY順其自然18
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8樓2024-03-20 13:46:50
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tzynew3樓
2023-09-11 16:25
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2023-09-11 18:23
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2023-09-11 18:26
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201214760216(金幣+1): 謝謝參與
ZY順其自然189樓
2024-03-22 09:46
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