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杂原子构型筛选策略助力高功率钠离子电池
材料人客服小谭     6天前 微信扫码分享 登录后可收藏  
应用场景:
钠离子电池
关键性能:
20C(3min)高倍率下依然保留124 mAh/g(基于负极质量)的可逆比容量,3C循环2000周后容量保持率72%
产品介绍:

据中国科学院物理研究所官网报道,北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源重点实验室E01组谢飞博士在陆雅翔副研究员和胡勇胜研究员的指导下,首次提出了一种杂原子构型筛选策略。通过对磷酸二氢钠(NaH2PO4)处理的石油残渣进行洗涤及二次碳化处理,实现了对掺杂的P和O杂原子构型进行筛选,将造成不可逆容量的C-O和PO3-构型过滤移除,同时将可提升可逆容量的C=O、PO23-/PO43-构型及衍生的自由基结构保留甚至增加,从而实现了约250 mAh/g的可逆斜坡容量和80%的首周库仑效率。此外,与大量文献以“平台型”碳材料为模型研究储钠机制不同,作者反其道而行之,以这种没有明显平台的“斜坡型”碳材料为模型,深入研究了其储钠机理,发现经筛选保留的杂原子构型促进了Na+的吸附和赝电容行为,主要提升了充放电曲线中0.1 V以上的容量,而在0.1 V以下的容量依然来源于扩散控制的氧化还原反应,这与具有平台的碳负极储钠行为相似。作者通过原位X射线衍射排除了钠离子在碳层间嵌入/脱出的“插层”行为,并讨论了这一机制尚存争议的原因。通过小角X射线散射发现,该段的储钠行为依然遵从在纳米孔隙中的填充,但因其过小的孔径使得平台区容量未能发挥出来。最后,作者通过优化全电池体系,得到了优异的倍率和循环性能,即在20C(3min)高倍率下依然保留124 mAh/g(基于负极质量)的可逆比容量,3C循环2000周后容量保持率72%。该工作对设计和理解兼顾高斜坡容量和首周库仑效率的“斜坡型”碳负极材料和发展高功率钠离子电池提供了新思路。该研究成果以“Screening Heteroatom Configurations for Reversible Sloping Capacity Promises High-Power Na-Ion Batteries”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。


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