C-Plasma下Sn催化石墨烯助力长循环

高容量合金材料有典型的急剧体积膨胀、SEI不稳定、颗粒极易碎化团聚导电性降低等问题,而且这些问题在高倍率下被放大。其长循环始终难以维持,更难周全其面积、体积能量。高容量电极材料直接成膜,其集流、循环难以维持,即便进行和碳材料比如rGO复合,仍难以为继。表面直接覆盖保护材料是可取之径,但纳米材料表面快速原位紧密石墨烯生长,一直难以控制,更难成膜,难以留出多余空隙供高容量材料的体积膨胀。传统石墨烯生长一般需要高温、长时、及还原性危险碳源,不够环保且容易破坏纳米材料本身的有序结构。

近日,Adv. Mater. 在线发表了南洋理工大学范红金教授团队在C-Plasma、金属催化石墨烯生长、钠离子电池领域的最新研究成果。该团队巧妙利用借助碳等离子体(C Plasma)的原位生长方法,使用环保碳源(废植物油),短时(5分钟)、相对低温(400度)下在纳米材料表面均匀坚固地包裹多层级石墨烯片,稳固膜结构,并一定程度阻挡/稳固SEI。该原位生长的实现是利用了碳源产生的C2 species表面还原反应产生了Sn,然后Sn催化生长了石墨烯片。其可行性及C形核过程也在文中得到计算证实。C Plasma后SnS纳米带本身也被进一步多孔化,在保持容量的同时,也抑制了体积膨胀造成的结构破坏,有利于长循环。

针对电池循环稳定性:给合金型纳米电极材料表面穿上一层“黄金鱼鳞”,实现高容量与长循环的并存。1600 次循环后93% 容量保持率。1530 mAh cm–3 @ 0.2 A g–1, 620 mAh cm–3 @ 20 A g–1, 基于整体电极。针对Sn催化石墨烯生长:Ni, Cu, Mo等常被用于催化石墨烯生长,但在电池中,高容量Sn或许与石墨烯更相逢恨晚!快速而又高效的C plasma,赏你一座城池!

相关论文以C‐Plasma of Hierarchical Graphene Survives SnS Bundles for Ultrastable and High Volumetric Na‐Ion Storage为题在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201804833)上。