高性能钠离子电池负极:三维多孔球形γ[email protected]纳米复合材料

AEnM

锂离子电池被认为是最先进的电化学储能和转化体系,并且已经得到了广泛的应用,但是锂资源短缺且分布不均匀,势必会限制锂离子电池的发展。由于钠资源丰富、廉价易得,室温钠离子电池也越来越得到研究者的青睐,其特点适合应用于大规模固定式能源存储体系中(如智能电网,可再生能源系统等)。然而,钠离子相对于锂离子的半径较大(1.02 Å vs. 0.76 Å),会在一定程度上限制其在电极材料中的可逆脱嵌。一些锂离子电池负极材料在应用于钠离子电池时,普遍面临着容量低,倍率性能差,循环寿命短等问题。因此,发展一种先进的钠离子电池负极材料是十分重要的。

南开大学先进能源材料教育部重点实验室、天津化学化工协同创新中心陈军教授课题组针对这一问题,进行了深入研究。利用气溶胶喷雾热解的方法,简便快速合成了三维多孔球形γ-Fe2O3@C纳米复合材料,显著提升了γ-Fe2O3的倍率性能和循环稳定性。相关结果发表在Advanced Energy Materials上

 在众多钠离子电池负极材料中,Fe2O3由于具有较高的理论容量(1007 mAh g-1),价格低廉,原料丰富,环境友好等优点得到了人们的关注。然而,由于充放电过程中,Fe2O3的体积膨胀较大,这不仅会使氧化物颗粒团聚,而且会破坏电极材料的完整性,最终导致容量的衰减,降低循环寿命。基于此问题,该团队利用一种简单,无模板方法制备了三维多孔球形γ[email protected]纳米复合材料,其特征是约为5 nm的γ-Fe2O3颗粒均匀嵌入在球形多孔碳基质中,材料比表面积达到769 cm2 g-1。此外,γ-Fe2O3颗粒的尺寸和碳含量可以通过控制前驱体溶液的溶度进行调控。这种独特的三维多孔γ-Fe2O3@C球形结构可以有效缓解充放电过程中的体积膨胀,抑制纳米颗粒的团聚,有利于电解液和电极材料的充分接触,提升离子和电荷转移速率。因此,在应用为钠离子电池负极时,此复合材料显示了优良的循环稳定性和倍率性能:在200 mA g-1条件下, 循环200次后,可逆容量为740 mA h g-1;在8000 mA g-1条件下,可逆容量达到317 mA h g-1;在大倍率充放电条件下(2000 mA g-1),充放电循环1400次后,可逆容量可以达到358 mA h g-1

这种简单的一步合成技术和其优异的电化学性能,使得γ-Fe2O3@C复合材料有望应用于未来钠离子电池负极材料中。相关工作得到了国家科技部973计划,国家自然科学基金委员会,教育部等的支持。

Speak Your Mind

*