Small:富氮多孔碳纤维包覆多分散Bi纳米颗粒实现高效水系碱性电池负极

储能装置在间歇性可再生能源的利用中发挥着关键作用,使用电化学储能的可充电电池在该领域受到了极大的关注。其中,水性碱性可充电电池由于具有高导电性、低价格和高安全性等优点,被认为是电化学储能装置的重要选择之一。然而,尽管众多研究对水系碱性电池的正极材料给予了最多的关注,但负极材料的发展受到限制。虽然具有高理论容量的锌金属被认为是水系碱性电池的理想的负极材料,但是在碱性电解液中的锌金属阳极不可避免地受到枝晶生长和强腐蚀的影响。此外,铁或氧化铁也被作为水系碱性电池的负极材料,但是容量低,导电性差。因此,开发出新的高性能水系碱性电池的负极材料对于实现水系碱性电池的实际应用具有十分重要的意义。

广州大学牛利教授带领的分析科学技术研究中心团队通过静电纺丝和高温煅烧过程成功地将高度分散的超小Bi纳米颗粒包裹在富氮多空纳米碳纤维中(Bi@NPCF)得到高性能水系碱性电池负极材料。通过调整静电纺丝溶液中二氰二胺的含量可以得到不同氮含量的碳纤维包覆Bi纳米颗粒结构,证明了外层碳壳中的N掺杂结构与Bi纳米颗粒核之间的相互作用提高了电极材料的容量。此外,在碳基体中具有高度分散的超小Bi纳米颗粒(<20 nm)的核结构在电极的循环稳定性方面起着至关重要的作用。电化学测试显示Bi@NPCF在3 A g-1时比容量可以达到196.1 mAh g-1和超长的循环稳定性(在20 A g-1时经10 000 次循环后容量保留了116.95%)。

图1. Bi@NPCF的合成示意图
图2. Bi@NPCF的形貌和晶体结构表征
图3. Bi@NPCF的结构表征
图4. Bi@NPCF的电化学性能表征
图5. Bi@NPCF//NiCo2O4水系碱性电池的电化学性能表征

论文信息:

Bismuth Nanoparticles Encapsulated in Nitrogen-Rich Porous Carbon Nanofibers as a High-Performance Anode for Aqueous Alkaline Rechargeable Batteries

Kai Zhou, Shuai Wang, Xinying Guo, Guixiang Zhong, Zhenbang Liu, Yingming Ma, Haoyu Wang, Yu Bao*, Dongxue Han, Li Niu*

Small

DOI: 10.1002/smll.202105770

原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202105770