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3D碳納米片“包裹”陽極：鋰離子電池技術(shù)的下一件大事

時(shí)間:2021-07-28 09:44來源:材料分析與應(yīng)用 作者:carbon_art
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       鋰離子電池 (LIB) 是用于電氣設(shè)備或電動(dòng)汽車的可再生能源，作為下一代能源解決方案備受關(guān)注。然而，目前使用的 LIB 的陽極存在多個(gè)不足之處，從低離子導(dǎo)電性和充放電循環(huán)期間的結(jié)構(gòu)變化到低比容量，這限制了電池的性能。
 
       為了尋找更好的負(fù)極材料，韓國海洋大學(xué)的 Jun Kang 博士和韓國釜山國立大學(xué)研究人員設(shè)計(jì)了一種負(fù)極，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，克服了許多現(xiàn)有的陽極效率的障礙 (Chemical Engineering Journal, "Facile synthesis of Manganese selenide anchored in Three-Dimensional carbon nanosheet matrix with enhanced Lithium storage properties").
 
       Kang博士解釋說：“研究專注于硒化錳(MnSe)，這是一種廉價(jià)的金屬化合物，以其高導(dǎo)電性和在開發(fā)半導(dǎo)體和超級電容器中的適用性而聞名，可作為先進(jìn) LIB 陽極的可能候選物。”然而，MnSe 在充放電循環(huán)過程中會發(fā)生劇烈的體積變化（幾乎 160%），這不僅會降低電極的性能，還會帶來安全問題。
 
       為了防止這種體積變化，研究人員開發(fā)了一種簡單且低成本的工藝：他們將 MnSe 納米顆粒均勻地注入三維多孔碳納米片基質(zhì)（或 3DCNM）中。在新開發(fā)的負(fù)極材料（稱為“MnSe ⊂ 3DCNM”）中，碳納米片支架賦予錨定的 MnSe 納米顆粒許多優(yōu)點(diǎn)，例如大量的活性位點(diǎn)和與電解質(zhì)的接觸面積增加，并保護(hù)它們免受急劇的體積膨脹。
 
       研究人員能夠合成多種 MnSe ⊂ 3DCNM 材料。其中，他們發(fā)現(xiàn)MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 表現(xiàn)出最好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率能力。當(dāng)與全電池中的鋰錳 (III,IV) 氧化物（LiMn2O4，一種常用的陰極材料）結(jié)合時(shí)，該團(tuán)隊(duì)觀察到 MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 顯著地繼續(xù)表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括優(yōu)異的鋰離子和電子傳輸動(dòng)力學(xué)。
 
       該團(tuán)隊(duì)對他們的成就的潛在影響感到興奮。正如kang博士所解釋的那樣，“使用有益的填料支架，開發(fā)了一種陽極，可以提高電池性能，同時(shí)允許可逆能量存儲。該策略可以作為其他具有高表面積和穩(wěn)定納米結(jié)構(gòu)的過渡金屬硒化物的指南，在存儲系統(tǒng)、電催化和半導(dǎo)體中的應(yīng)用。”
 
       文獻(xiàn)：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130243
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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