NanoEnergy纤维碳骨架包覆Li2TiSiO5实现快速稳定的锂存储

　　锂离子电池以其高能量密度和良好的循环稳定性成为市场上的首选技术。然而，为了满足新兴应用的需求，功率密度需要在很大程度上进行改进，其中一个有效解决方案是用活性炭和MXenes等电容性材料构建新型锂离子电容器(LICs)，取代锂离子电池的正极。然而，这种离子吸附正极的蓬勃发展对新型负极材料提出越来越高的要求，使其具有快速存储锂离子能力、克服不平衡反应动力学、充分利用两电极的双重优良特性。锂离子电容器（LIC）由于其与电池相比具有增强的功率密度和对电双层电容器的优异能量密度而成为有前景的能量存储装置。然而，在LIC中广泛使用石墨阳极导致固有问题，例如反应动力学迟缓和树枝状Li镀问题，而基于Li4Ti5O12的电极表现出低储能容量和过高的插入电位。
　　近日，香港中文大学张立团队等人在国际著名期刊Nano Energy上发表题目为＂In-Situ Encapsulation of Pseudocapacitive Li2TiSiO5 Nanoparticles into Fibrous Carbon Framework for Ultrafast and Stable Lithium Storage＂的文章。在该研究中，作者首先采用电纺丝法制备了前驱体纳米纤维膜，固化的纳米纤维均匀分布。在随后的热解过程中，PVP被碳化成相互连接的3D碳骨架，并且纳米纤维形貌得到了很好的保持。同时，将均匀分布的Li、Ti、Si前驱体转化为小的LTSO纳米颗粒，原位均匀地包覆在碳纳米纤维中获得Li2TiSiO5/纳米碳纤维（LTSO/C）。具有独特3D互连纳米结构的LTSO/C电极表现出高速率行为（即50％容量保持率为0.1至10 A g-1），适合的Li+插入电位（0.1-1 V vs. Li）/Li+），高填充密度1.93g cm-3（与石墨高度相当，比Li4Ti5O12大）。此外，对反应动力学的分析表明，这种高速性能可归因于合成的LTSO/C电极的赝电容电荷存储机制。采用LTSO/C负极代替石墨和Li4Ti5O12组装的新型LIC产生4.2V的高工作电压和大的能量密度和功率密度。因此，该研究所提出的材料和纳米结构的设计对于构建快速和稳定的能量存储装置的具有很大的参考价值。
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