3D碳納米片“包裹”陽極：鋰離子電池技術的下一件大事
時間:2021-07-28 09:44來源:材料分析與應用 作者:carbon_art
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鋰離子電池 (LIB) 是用于電氣設備或電動汽車的可再生能源，作為下一代能源解決方案備受關注。然而，目前使用的 LIB 的陽極存在多個不足之處，從低離子導電性和充放電循環期間的結構變化到低比容量，這限制了電池的性能。
為了尋找更好的負極材料，韓國海洋大學的 Jun Kang 博士和韓國釜山國立大學研究人員設計了一種負極，由于其獨特的結構特點，克服了許多現有的陽極效率的障礙 (Chemical Engineering Journal, "Facile synthesis of Manganese selenide anchored in Three-Dimensional carbon nanosheet matrix with enhanced Lithium storage properties").
Kang博士解釋說：“研究專注于硒化錳(MnSe)，這是一種廉價的金屬化合物，以其高導電性和在開發半導體和超級電容器中的適用性而聞名，可作為先進 LIB 陽極的可能候選物。”然而，MnSe 在充放電循環過程中會發生劇烈的體積變化（幾乎 160%），這不僅會降低電極的性能，還會帶來安全問題。
為了防止這種體積變化，研究人員開發了一種簡單且低成本的工藝：他們將 MnSe 納米顆粒均勻地注入三維多孔碳納米片基質（或 3DCNM）中。在新開發的負極材料（稱為“MnSe ⊂ 3DCNM”）中，碳納米片支架賦予錨定的 MnSe 納米顆粒許多優點，例如大量的活性位點和與電解質的接觸面積增加，并保護它們免受急劇的體積膨脹。
研究人員能夠合成多種 MnSe ⊂ 3DCNM 材料。其中，他們發現MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 表現出最好的循環穩定性和倍率能力。當與全電池中的鋰錳 (III,IV) 氧化物（LiMn2O4，一種常用的陰極材料）結合時，該團隊觀察到 MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 顯著地繼續表現出優異的電化學性能，包括優異的鋰離子和電子傳輸動力學。
該團隊對他們的成就的潛在影響感到興奮。正如kang博士所解釋的那樣，“使用有益的填料支架，開發了一種陽極，可以提高電池性能，同時允許可逆能量存儲。該策略可以作為其他具有高表面積和穩定納米結構的過渡金屬硒化物的指南，在存儲系統、電催化和半導體中的應用。”
文獻：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130243
(責任編輯：子蕊)
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