《碳纳米管芯钴卟啉作为高性能锂离子电池阳极的一维纳米混合策略》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-03-06
  • 氧化还原活性有机电极材料作为锂离子电池(LIBs)中广泛应用的无机(或金属)基材料的一种新兴替代材料,已经引起了广泛关注。然而,由于这些材料的电绝缘特性、比容量有限和电化学耐久性差,它们的实际应用受到了挑战。在这里,一种新型的多壁碳纳米管(MWCNT)铁芯、中四(4‐羧基)卟啉钴(CoTCPP)被证明是一种1D纳米杂化(简称CC‐纳米杂化)策略,用于开发先进的LIB阳极。CoTCPP,金属有电子氧化还原活动之一,显示了强大的共价相互作用热合由于其共轭π键,应承担的CC nanohybrids应承担的形成导致成功。CC‐纳米杂化的结构独特性促进了电子传输和电解质的可达性,从而改善了它们的氧化还原动力学。受CC - nanohybrid一维结构的启发,全纤维纳米材料阳极片通过同步电喷涂/电纺丝工艺制备。由此产生的纳米at阳极片,在其三维双连续离子/电子传导路径的驱动下,提供了快速的锂化/脱锂动力学,最终实现了可识别的CoTCPP锂化行为。值得注意的是,nanomat阳极表表现出优越的电化学性能(≈226 mAh gsheet−1和> 1500周期在5 C)和机械灵活性远远超出那些与传统自由阳极技术可以实现的。

    ——文章发布于2019年2月28日

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    • 编译者:郭文姣
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    • 锰氧化物(MnO2)长期以来一直被研究作为一种假电容材料,用于制造纤维形状的超级电容器,但其导电性能差和脆性是明显的缺点。在这里,我们将纳米结构的MnO2域电化学插入到连续连接的碳纳米管(CNT)网络中,从而将电导率和机械耐久性传递给MnO2。特别地,我们合成了一个纤维状的同轴电极,并以镍光纤作为当前集电极(Ni/CNT/MnO2);问/汇总混合纳米壳的厚度大约是150μm和电极显示231厘米−1曼氏金融的具体参数。当以Ni/CNT/MnO2同轴电极作为阴极和阳极的对称器件与1.0 M Na2SO4水溶液为电解质时,我们发现能量密度为10.97。这些值表明,我们的混合系统具有明显的可穿戴式蓄能和收割设备的潜力。 ——文章发布于2018年4月05日
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-07-19
    • 化石能源的加剧消耗,以及便携式电子设备和电动汽车等技术的迅猛发展,高能量密度和功率密度储能设备的开发和应用已迫在眉睫。锂硫电池具有远超过传统锂离子电池的高能量密度(2600 Wh/kg),兼具环境友好和价格低廉等优点,是极具潜力的下一代高能电池体系。但是,锂硫电池的商业化还需要解决以下几个主要问题:(1)单质硫以及在充放电过程中产生的Li2S2/Li2S的电子传导性差,造成活性物质的利用率低;(2)充放电过程中生成的多硫聚合物会溶解到电解液中,并通过穿梭效应,降低电池效率;(3)硫的密度为2.07g/cm3,而Li2S的密度为1.66g/cm3,在充放电过程中体积膨胀/收缩高达~80%,破坏电极的微观结构,导致循环性能差、倍率性能不理想。为了解决上述问题,目前研究人员常常利用导电聚合物与硫复合来提高整体材料的导电性;制备中空的结构来吸收体积膨胀产生的应力;或者用其他材料包覆修饰来抑制多硫化物的溶解问题。 成果简介 碳材料由于其自身的高导电性、结构可控、易于制备、成本低廉等优点,被广泛应用于硫复合正极材料。在碳材料与硫复合中,通常是将硫填充到碳材料孔道中来实现对硫及硫化锂的限域,从而既增强导电性,又可以在一定程度上抑制多硫聚合物的散失。但这种简单的物理限域作用使得碳材料和极性的硫化锂之前缺乏较强的化学作用力,因此在后期循环中比容量还是衰减较快。为了避免上述缺点,同时有效利用碳材料良好的导电性等优势,近日,武汉理工大学李昱教授和苏宝连教授团队在该领域取得新进展。相关研究成果以团队主要成员严敏博士为第一作者,以“3D Ferroconcrete‐Like Aminated Carbon Nanotubes Network Anchoring Sulfur for Advanced Lithium–Sulfur Battery”为题发表在国际顶级期刊Advanced Energy Materials(影响因子:21.875)上。研究人员选取胺基化的碳纳米管(E-CNTs),设计合成了一种类似钢筋混凝土结构的三维网络与硫复合作为正极材料(P@E-CNTs/S)。该复合材料具有以下几大优势:(1)大量的胺化碳纳米管均匀的插入到纳米硫颗粒内部,形成了三维导电网络,提供了电子的快速传输通道,增强了对纳米硫颗粒内部的活化过程,进而提高硫的利用率。同时,这种钢筋混凝土的网络结构提高了电极的微观结构稳定性,进而延长电池的循环寿命;(2)更重要的是,经过胺化处理的碳纳米管表面携带大量的胺基基团,其与硫化锂之间能够产生强烈的化学吸附作用,从而有效抑制聚硫化合物的散失和穿梭效应。(3)最后利用导电聚合物(聚苯胺)对复合材料实现进一步封装。利用化学和物理双重限域作用,更为有效抑制多硫聚合物的散失,提高电池循环性能。作者同时也通过第一性原理计算验证了胺基基团和多硫聚合物之间的强烈吸附作用。该材料在0.2 C的电流下初始放电比容量为1215 mAh g-1,循环两百圈仍然能保持975 mAh g-1的比容量。 该工作设计合成了一种类似钢筋混凝土结构的三维网络与硫复合作为锂硫电池的正极材料。利用3D导电网络提高整体导电性进一步提高活性物质利用率;采用化学物理双重限域作用来抑制聚硫化合物的散失,对实现锂硫电池高性能的发展提供了一种有效策略,对促进发展高能量密度电池具有重要意义。 文献链接:3D Ferroconcrete-like Aminated Carbon Nanotubes Network Anchoring Sulfur for Advanced Lithium-Sulfur Battery,(Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201801066)