“盐焗法”制备具有优异储锂(钠)性能的Se/C复合材料

figure锂-硒电池,由于其较高的理论容量密度(体积比容量为3253 mA h cm-3,质量比容量为678mA h g-1),得到了越来越多的关注。然而,锂-硒电池在充放电过程中库伦效率低,循环性能差,抑制了锂-硒电池的进一步应用。目前已报道了多种Se/C复合材料,其循环稳定性、比容量等都有所改善。

通常Se/C复合材料的制备方法主要分为三大类:(1)管式炉中流动气体下的熔融-注入法;(2)密封在充满惰性气体或者真空气氛的石英管内的熔融-注入法;(3)化学法,包括硒复合物的分解、与石墨烯、聚苯胺等复合等。开展一种简单、成本有效的硒/碳复合材料的合成方法是必要的。

针对以上问题,中国科学技术大学钱逸泰、朱永春课题组发展了一种新的盐焗法将硒灌入到多孔碳中,整个过程在氯化钠包围的有限空间进行,避免了惰性气体或者真空气氛保护。有限空间的作用与固相反应中的压制过程相似,使得硒和多孔碳基底紧密接触,利于将熔融的硒灌入到多孔碳中。另一方面,由于NaCl高熔点、高比热容的特性,可以一定程度上避免在加热过程中的温度波动。所制备的Se/C复合材料表现出优异的储锂性能:(1) 0.1 C倍率下循环150圈,比容量为636 mA h g−1;(2) 20 C高倍率下,比容量达到510 mA h g−1; (3) 1 C条件循环1000圈,容量保持率达95.7%。另外,在Na-Se电池测试中,Se/C复合材料仍表现出较好的循环稳定性,0.1 C倍率下循环150圈,比容量为535 mA h g−1。这些结果表明,该课题组提出的盐焗法,不但可以作为一种的普适方法将其他低熔点材料灌注入多孔碳基底材料中,而且该方法简单易行,利于扩大化生产,有望推动Li-Se, Na-Se电池的进一步发展。相关结果发表在Advanced Functional Materials 上(DOI: 10.1002/adfm.201501956)。

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