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西北工业大学生长卷曲的石墨烯层可提高硬质碳的钠离子储存能力

  成果简介
  受益于独特的有序化程度和局部微观结构特征,硬碳(HC)被认为是钠离子电池(SIBs)最有前途的阳极。但是,低的初始库仑效率(ICE)和有限的可逆容量严重阻碍了其广泛的应用。 本文,西北工业大学沈超副研究员、谢科予教授等在《Nano Res》期刊 发表名为"Growing curly graphene layer boosts hard carbon with superior sodium-ion storage"的论文, 研究通过简单的化学气相沉积方法(无催化剂),在HC上设计并实施了一个具有微孔结构的均匀卷曲石墨烯(CG)层。
  CG不仅提高了硬碳的电子/离子导电性,而且还有效地屏蔽了其表面缺陷,增强了其ICE。特别是,由于CG片(CG)的自发卷曲结构特征,形成的微孔( 2纳米)提供了额外的活性位点,增加了其容量。当用作钠离子电池阳极时,HC-CG复合阳极显示出358 mAh-g-1的出色可逆容量,88.6%的卓越ICE,5 A-g-1时145.8 mAh-g-1的显著速率性能,以及1000次循环后88.6%的1 A-g-1长循环寿命。这项工作为硬质碳阳极提供了一种简单的缺陷/微观结构车削策略,并加深了对高原地区钠储存行为的理解,特别是对通过形成准金属簇形成的孔隙填充机制的理解
  图文导读
  图1. (a) 卷曲石墨烯的生长过程示意图。(b)-(e) 卷曲的垂直方向的石墨烯生长的不同阶段的TEM图像
  图2(a-d)HC和和HC-G1.5的TEM和高分辨率TEM(HRTEM)图像。(e) N2 吸附-解吸等温线的样品。(f) 相应的孔隙大小分布(BJH模型)。(g) HC-G1.5的拟合SAXS模式
  图3.材料表征
  图4、电化学性能
  图5.(a)HC-G1.5的原位XPS Na1s谱图。(b) 完全钠化后HC和HC-G1.5的XPS Na1s光谱深度分布。(c) HC和HC-G1.5的原位拉曼光谱。(d) HC-G1.5 ||NLNMO在不同电流密度下的速率性能。(e) HC-G1.5 ||NLNMO在0.2 下的循环曲线(f)与其他研究的比较。(g) 电化学行为和材料示意图。
  小结
  综上所述,通过简单的CVD工艺合成CGS/硬碳复合电极。因此,这项工作不仅为硬质碳的表面改性提供了策略,而且为理解硬质碳中钠离子储存的孔隙填充机制提供了见解。
  文献:
  https://doi.org/10.1007/s12274-023-5539-8

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