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【論文鏈接】
https://doi.org/10.1002/aenm.202300776
【作者單位】
加州大學(xué)圣地亞哥分校
【論文摘要】
全固態(tài)鈉離子電池(AS3iBs)因其在寬溫度范圍內(nèi)的安全性和穩(wěn)定性而受到固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)的高度追捧。硬碳(HC)具有低成本、低氧化還原電位和高容量的特點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)實(shí)用的大規(guī)模鈉離子電池必不可少的材料。然而,使用這種負(fù)極材料的電池的能量密度受到其低初始庫侖效率(ICE)的阻礙。本工作探討了兩種策略,即i)額外熱解和ii)NaBH4熱分解預(yù)沉淀,以提高原始HC的ICE。
1、拉曼光譜、X射線光電子能譜和電化學(xué)表征表明,熱處理增加了HC結(jié)構(gòu)中Csp2的含量,而預(yù)沉淀提供了鈉占據(jù)本征不可逆位點(diǎn)。
2、因此,與半電池結(jié)構(gòu)的熱處理HC(90%)或原始HC(83%)相比,預(yù)處理HC表現(xiàn)出出色的ICE(>99%)。
3、更重要的是,以預(yù)沉淀HC和NaCrO2分別作為陽極和陰極的AS3iBs材料,其ICE高達(dá)92%,初始放電能量密度為294Whkg-1。
【實(shí)驗(yàn)方法】
NBH的合成:將化學(xué)計(jì)量量的Na2B10H10和Na2B12H12以500rpm的轉(zhuǎn)速球磨2小時(shí)。然后在175°C的真空下干燥48小時(shí)。由于其吸水性,所有操作都在含水1.0ppm的手套箱中進(jìn)行。
硬炭制備:為了研究熱解效果,將HC在1000℃下熱處理2h,形成HCT。用研缽和杵將NaBH4和HC按比例混合合成HCP。然后在密封石英安瓿中真空650℃熱處理3h。根據(jù)初始循環(huán)的容量損失計(jì)算HC中加入NaBH4的量。
【圖文摘取】
【主要結(jié)論】
這項(xiàng)研究表明,HC是AS3iBs中很有前途的陽極候選者。然而,即使與電化學(xué)穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)配對(duì),HC中固有的不可逆鈉損失也會(huì)導(dǎo)致低ICE。
1、本研究探討了兩種改善ICE的策略:在1000°C下額外熱解和NaBH4熱分解預(yù)沉淀。對(duì)硬碳進(jìn)行熱處理可以有效地提高石墨化率和Csp2:Csp3比。
2、NaBH4的熱分解在HC顆粒表面產(chǎn)生金屬鈉,這被證明是補(bǔ)償固有的不可逆鈉儲(chǔ)存位點(diǎn)所必需的。因此,熱處理后的HC將ICE從83%提高到90%,而預(yù)處理后的HC達(dá)到了99%。
3、此外,在0.5mAcm-2下循環(huán)600次后,半電池的容量衰減最小。更值得注意的是,分別以HC和NCO為陽極和陰極的AS3iBs在室溫下的可逆放電容量為108mAhg-1,ICE高達(dá)92±2.2%,顯著高于HC(75%)和HCT(82%)。
這項(xiàng)工作表明了通過利用HC實(shí)現(xiàn)實(shí)用的AS3iBs鈉的重大進(jìn)展。
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正)
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