电纺核壳型Mn3O4碳纤维作为水性锌离子电池的高性能阴极材料

　　中南大学杨占红教授 Electrochim. Acta：电纺核-壳型Mn3O4/碳纤维作为水性锌离子电池的高性能阴极材料
　　DOI:10.1016/j.electacta.2020.136155
　　采用同轴静电纺丝技术，通过将Mn3O4纳米粒子（NPs）包埋在中空碳纤维（Mn3O4@HCFs）中，制备了核-壳Mn3O4/碳（Mn3O4@C）杂化纤维。作为水性锌离子电池（ZIBs）阴极，含12.7 wt%碳的Mn3O4@HCFs具有优异的倍率性能（0.3和2.0 A g-1时分别为215.8和115.7 mAh g-1）和良好的循环稳定性（1300个循环后，在电流密度为400 mA g-1时仍为225 mAh g-1）。Mn3O4@HCFs的核壳结构是其优异电化学性能的主要原因。Mn3O4纳米粒子表面的碳骨架不仅可以缓解Mn3O4在放电过程中的体积膨胀，而且可以优化电极纤维内部的电子传输。此外，非晶碳壳还可以降低Mn3O4纳米粒子在循环过程中的溶解。这项工作将为增强高功率可充电水性锂离子电池锰基正极材料的性能提供一条新的技术途径。
　　图1.（a）Mn3O4@HCFs的制备过程示意图。（b）Mn3O4、Mn3O4@HCFs-5.5、Mn3O4@HCFs-7.5、Mn3O4@HCFs-9、Mn3O4@HCFs-10.5的XRD图谱。（c）Mn3O4样品的FESEM图像。（d）Mn3O4@PAN-7.5纤维的FESEM图像。（e-h）Mn3O4@HCFs-5.5（e）、Mn3O4@HCFs-7.5（f）、Mn3O4@HCFs-9（g）和Mn3O4@HCFs-10.5（h）的FESEM图像。
　　图2.（a）Mn3O4的TEM图像和Mn3O4指示区域的HRTEM图像（b）。（c）Mn3O4@HCFs-7.5的TEM图像和Mn3O4@HCFs-7.5指示区域的放大TEM图像（d）。
　　图3.（a）在前三个循环内以0.3 mV s-1的扫描速率测量的Mn3O4@HCFs-7.5电极的循环伏安曲线。（b）在100 mA g-1下，Mn3O4@HCFs-7.5电极在选定循环的充放电电压曲线。（c）所有Mn3O4@HCFs样品在500 mA g-1下的循环性能。（d）在0.3 A g-1至2 A g-1的不同电流密度下，所有Mn3O4@HCFs电极的速率性能。（e）Mn3O4@HCFs-7.5电极在400 mA g-1下的循环性能和库伦效率。（f）Mn3O4@HCFs-7.5电极在1500 mA g-1下的循环性能和库伦效率。
　　图4.（a）在锌离子电池的第一个循环中,原始/充电/放电状态下的Mn3O4@HCFs-7.5的XRD。（b）第一次充电后Mn3O4@HCFs-7.5的HRTEM。（c）在锌离子电池的第一个循环中，充电和（d）放电状态下的Mn3O4@HCFs-7.5的Mn 2p XPS。
　　图5.（a）Mn3O4@HCFs-7.5电极在不同扫描速率下的CV曲线。（b）在峰值电流处的Logi和logv图。（c）在300 mA g-1下首次放电后，Mn3O4、Mn3O4@HCFs-5.5、Mn3O4@HCFs-7.5、Mn3O4@HCFs-9、Mn3O4@HCFs-10.5电极的电化学阻抗谱。（d）在低频区中的Mn3O4、Mn3O4@HCFs-5.5、Mn3O4@HCFs-7.5、Mn3O4@HCFs-9、Mn3O4@HCFs-10.5电极的Z’和ω-1/2之间的线性关系。
　　文章来源：易丝帮
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