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[转帖]Angew: 静电纺丝构建含超细Sb纳米晶的碳纤维改善钾离子电池性能（2019-08-27 16:47:14）

标签：能源环境 电池  

在各种电池中，钾离子电池PIB具有能量密度高、钾资源丰富、成本低廉等优点，受到了人们的广泛关注。基于锑（Sb）的纳米复合材料因为具有大的理论容量和合适的工作电压有望成为PIB的负极材料。然而，钾离子具有扩散慢的特性，以及不稳定的Sb/电解质界面和巨大的体积变化构成了严重影响了电池的电化学性能，阻碍了基于Sb的负极在钾离子电池（PIB）的实际应用。

研究者通过缩小Sb粒子的尺寸并将其与碳网络集成，以改善电化学性能。然而，尽管这些策略在适应体积变化和增强离子和电子传输方面是有效的，但要保证长周期寿命和高倍率性能仍然是一个挑战。这主要是由于纳米结构的Sb不可避免地倾向于断裂和聚集，减少充放电过程中的电子传输路径。另一方面，利用分层多孔结构可以显著加快活性材料的电子和离子转移，从而提高二次电池的循环稳定性和速率特性。

近日，南京师范大学周小四团队报道了一种简单可行的策略，介绍了以乙酸锑(Sb(Ac)3)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)为原料，通过静电纺丝法制备含Sb3+的u-Sb@CNFs的合成路线，将超细Sb纳米晶体原位封装在由纳米通道阵列组成的碳纳米纤维中（u-Sb@CNF），解决了上述问题，实现了高性能的PIB。超小型Sb纳米晶体和中空纳米通道可实现快速的K+运输和应力缓解。有趣的是，由聚集的u-Sb@CNF组成的独立而有弹性自支撑材料可直接用作负极，因此不需要导电添加剂和粘合剂。该材料展示出优异的电化学性能，在1A g-1下2000次循环后保留225 mAh g-1的可逆容量。因此，该研究的方法代表了一种将多功能纳米复合材料作为电极的通用方法，用于包括钾离子电池和钠离子电池在内的广泛的先进储能应用。相关研究成果以“Enabling Superior Electrochemical Properties for Highly Efficient Potassium Storage via Impregnating Ultrafine Sb Nanocrystals within Nanochannel-Containing Carbon Nanofibers”为题目发表于期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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图1 （a）u-Sb@CNF合成的流程图，(b) XRD图，(c) N2吸附等温线，(d,e) u-Sb@CNF的高分辨率N 1s和C 1s XPS光谱。

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图2 (a,b) FESEM图像，(c)横断面FESEM图像，(d,e) TEM图像，(f) HRTEM图像，(g-k) u-Sb@CNFs对应的元素映射。

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图3 (a,b) u-Sb@CNFs电极和 (b) Sb@s-CNFs电极前三次循环的CV曲线。(c) u-Sb@CNFs和Sb@s-CNFs在电流密度0.2 A g?1时的循环性能。(d) u-Sb@CNFs和Sb@s-CNFs的倍率特性。(e) u-Sb@CNFs、Sb@s-CNFs和MCNFs在1 A g?1时的超长循环性能。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.201908918

链接地址：http://www.espun.cn/news/detail-909.html

文章来源：易丝帮