Fe3O4/CNTs纳米复合材料的制备及其电化学性能的研究

Fe₃O₄/CNTs纳米复合材料用水热法在乙醇和丙二醇的混合溶液中合成，尺寸为5～15 nm的四氧化三铁纳米颗粒均匀附着在碳纳米管表面。作为锂电池负极材料，合成的Fe₃O₄/CNTs纳米复合材料展现出了优异的长循环特性和倍率循环特性。在电流密度100 mA g^-1的条件下，在300次循环充放电后容量仍然能够保持在605 mAh g^-1。酸处理碳纳米管的加入为四氧化三铁提供了大量的生长点，显著减小了四氧化三铁颗粒的尺寸，阻止了充放电过程中颗粒的团聚，构建了独特的三维导电网，使复合材料展现出了优异的电化学性能。     

Co3O4与膨胀石墨自组装的多面体复合物作为锂离子电池阳极材料

作为锂离子电池的负极材料，Co₃O₄因其具有890 mA·h/g的高理论比容量而备受关注。本文通过简单的化学溶液法和热处理制备了Co₃O₄与膨胀石墨(EG)自组装的多面体复合材料(Co₃O₄-EG)。当用作锂离子电池的负极材料时，EG与Co₃O₄质量比为1∶3的Co₃O₄-EG复合材料电极在0.1 C的电流倍率下经过400次循环后的可逆容量仍高达418 mA·h/g，高于其他Co₃O₄-EG复合材料(质量比1∶4循环190圈后容量为273 mA·h/g，质量比1∶5循环135圈后的容量为329 mA·h/g)，且所有Co₃O₄-EG复合材料的放电容量均高于纯Co₃O₄(400圈循环后容量为40 mA·h/g)。Co₃O...     

ZIF-8@ZIF-67衍生的Co3O4-GN-CNT网络用作高性能锂离子电池负极

Co₃O₄由于较高的理论容量近年来被视为锂离子电池新型负极材料的热门候选之一,然而其较差的电导率和循环性能制约了其进一步发展。以ZIF-8@ZIF-67为自模板,三聚氰胺和g-C₃N₄为碳源,通过碳化和氧化处理制备了碳纳米管和石墨烯作为导电桥梁和外壳的Co₃O₄/C三维导电网络。颗粒纳米化的策略和锌的高温挥发造孔使其在0.5、2 A/g的电流密度下循环200、800圈后仍具有1 139.7、1 002.1 mAh/g的比容量,从0.2 A/g逐渐增大充放电的电流密度至10 A/g又恢复到0.2 A/g后比容量仍有初始容量的94.9%。该网络结构和同类材料相比表现出较为优异的循环和倍率性能。     

锂硫电池正极用钴掺杂空心多孔碳载体材料

锂硫电池被认为是新一代低成本、高能量密度的储能系统。但由于硫正极导电性差、穿梭效应严重以及氧化还原反应速率慢, 导致电池容量衰减严重, 倍率性能较差。本研究以柠檬酸钠为碳源制备了具有三维中空结构的多孔碳材料, 并在其骨架上负载钴纳米颗粒后作为硫正极的载体。引入的钴纳米颗粒可有效吸附多硫化物, 提升其转化反应的动力学, 进而明显改善电池的循环和倍率性能。所得的钴掺杂复合硫正极在0.5C (1C=1672 mAh·g^-1)的倍率下首圈放电比容量高达1280 mAh·g^-1, 在1C的倍率下稳定循环200圈后可保持770 mAh·g^-1, 并且具有优异的倍率性能, 即使在10C的大电流密度下仍可稳定循环。     

碳纳米管膜表面金属化用于高电流输出柔性锂离子电池

采用磁控溅射技术对碳纳米管膜进行表面金属化处理,制备了导电性能优异的碳纳米管/金属复合薄膜,其电导率为纯碳纳米管膜的10倍(碳纳米管膜电导率为300 S·cm^-1)。以这种复合薄膜为集流体组装的柔性锂离子电池,具有比以纯碳纳米管膜作为集流体更优异的倍率性能(5 C倍率下比容量仍可保持132.6 mAh·g^-1)、大倍率循环性能(5 C倍率200圈循环后仍具有74.4%的容量保持率)和更大的输出电流(0.4 A)。     

Co9S8/CNTs/C复合物的制备及其储锂性能研究

以Co(NO)₃·6H₂O为钴源，(NH₄)₂S₂O₈为聚合引发剂和硫源，通过原位聚合和煅烧两步法制备Co₉S₈/C复合材料，同时，为了进一步提高其电化学性能，在原位聚合过程中掺杂碳纳米管(CNTs),得到Co₉S₈/CNTs/C复合材料，并研究CNTs掺杂对Co₉S₈/CNTs/C复合材料电化学性能的影响。结果表明：复合物中CNTs的作用主要在于提高复合材料的电子和离子传导特性，使所制备的复合材料表现出更高的比容量。当CNTs掺杂量为0.2g时所制备Co₉S₈/CNTs/C-0.2复合物在0.1A/g、0.2A/g、0.3A/g、0.5A/g、1.0A/g和2.0A/g时比容量分别为1117mAh/g、985mAh/g、916mAh/g、846mAh/g、793mAh/g和710m...     

蛋黄壳结构FeF3·0.33H2O@N掺杂碳纳米笼正极材料的构筑及其电化学性能

FeF₃·0.33H₂O具有理论容量和电压高的特点,但其导电性差、氧化还原反应过程中体积变化严重导致电化学循环性能不佳,应用受到限制。本研究采用多巴胺自组装包覆纳米立方Fe₂O₃颗粒,再经过碳化、HCl刻蚀和HF氟化的策略,合成了由N掺杂石墨烯外壳和纳米立方FeF₃·0.33H₂O内核所构成的蛋黄壳结构复合材料FeF₃·0.33H₂O@CNBs,粒径约250 nm,碳壳厚度为30～40 nm。FeF₃·0.33H₂O@CNBs在0.2C (1C=237 mA·g^-1)电流密度下充放电初始容量为208 mAh·g^-1,循环50圈之后容量仍然有173 mAh·g^-1,每圈容量衰减率仅为0.3%;而纯FeF₃·0.33H₂O初始容量只有112 mAh·g^-1...     

氢化TiO2包覆核壳C/Fe3O4@rGO锂离子电池阳极材料

通过一种简便的方法制备氧空位缺陷的氢化TiO₂包覆核壳结构C/Fe₃O₄@rGO(H-TiO₂/C/Fe₃O₄@rGO)复合材料，作为锂离子电池(lithium-ion batteris, LIBs)高性能阳极材料。TiO₂在Li⁺脱嵌过程中体积膨胀系数约为4%,可缓解Fe₃O₄在充放电过程中的体积膨胀，提高阳极材料结构的稳定性。同时，通过氢化处理改善TiO₂较低的电导率(约1×10^-12 S·m^-1)。H-TiO₂/C/Fe₃O₄@rGO在0.3 A·g^-1的电流密度下循环200周次后比容量为867 mAh·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下循环700周次的比容量为505...     

柔性多功能Fe2O3/CC正极宿主实现高效吸附与催化多硫化物的锂硫电池

锂硫电池因其高能量密度和低成本而成为最有发展前景的电化学储能器件之一。然而,多硫化物的“穿梭效应”、硫导电率低是锂硫电池商业化面临的主要挑战。本工作中,以Fe(NO)₃·9H₂O为铁源,NH₄F为表面活性剂,通过简单的水热及煅烧处理制备了Fe₂O₃纳米棒修饰炭布(CC)的柔性Fe₂O₃/CC复合材料。其中,Fe₂O₃中介孔的存在有利于电解质的渗透和充放电过程中锂离子的传输和扩散,同时其密集阵列暴露出的丰富活性位点可以实现多硫化物的高效吸附和快速转化,降低多硫化物的穿梭效应。电化学分析显示：Fe₂O₃/CC正极在0.1 C(1 C=1 672 mA g^-1)的电流密度下具有1 250 mAh g^-1的高放电比容量,经100圈循环后比容量保持在789 mAh g^-1。在2 C的倍率下循环...     

Na3V2(PO4)2F3@V2O5-x复合材料的制备及储钠性能研究

当前制约钠离子电池发展的主要因素包括较低的能量/功率密度和较差的循环性能, 而在正极材料表面包覆含氧缺陷金属氧化物层, 可以有效提高材料的电子导电率, 保证高振实密度、能量密度和功率密度。本文通过温和的溶剂热反应制备Na₃V₂(PO₄)₂F₃纳米片前驱体并结合高温煅烧合成Na₃V₂(PO₄)₂F₃@V₂O_5-x复合材料。其结构通过XRD、TEM、SEM、XPS和TGA测试进行表征。作为钠离子电池的正极材料, 展现了优异的循环性能和倍率性能。在0.2C倍率下, 首圈放电比容量为123 mAh?g ^-1, 循环140圈后容量保持在109 mAh?g ^-1。当电流密度提高至1C, 首圈放电比容量达到72 mAh?g ^-1, 充放电循环500圈后, 容量保持率高达84%。优异的电化学性能归因于材料表面包覆的具有丰富结构缺陷的无定型层, 有效提高了离子的扩散和电子导电率。此方法将有助于钠离子电池的实际应用。     

Conducting polymer PEDOT:PSS coated Co3O4 nanoparticles as the anode for sodium-ion battery applications

Metal oxides are considered as potential anodes for sodium-ion batteries (SIBs). Nevertheless, they suffer from poor cycling and rate capability. Here, we investigate conductive polymer coating on Co₃O₄ nanoparticles varying with different percentages. X-ray diffraction, electron microscopy and surface chemical analysis were adopted to analyze coated and uncoated Co₃O₄ nanoparticles. Conducting polymer, poly(3,4-ethylene dioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS), has been utilized for coating. Improved specific capacity and rate capability for an optimal coating of 0.5 wt.% were observed. The 0.5 wt.% coated sample outperformed the uncoated one in terms of capacity, rate capability and coulombic efficiency. It delivered a reversible capacity of 561 mAh·g⁻¹ at 100 mA·g⁻¹ and maintained a capacity of 318 mAh·g⁻¹ at a high rate of 1 A·g⁻¹. Increasing the PEDOT:PSS coating percentage led to lower performance due to the thicker coating induced kinetic issues. Ex-situ analysis of the 0.5 wt.% coated sample after 100 cycles at 1 A·g⁻¹ was characterized for performance correlation. Such a simple, cost-effective and wet-chemical approach has not been employed before for Co₃O₄ as the SIB anode.     

多孔Co3O4纳米纤维用于锂-空气电池高性能正极催化剂

采用静电纺丝技术结合高温煅烧方法,以乙酰丙酮钴(Co(C₅H₇O₂)₃)为前驱物,制备了由Co₃O₄纳米颗粒组成的多孔纳米纤维(Co₃O₄ NFs),其比表面积高达83 m2·g?1,并将制得的多孔Co₃O₄ NFs用于锂-空气电池催化剂。多孔Co₃O₄ NFs为电池反应提供了充足的活性位点及反应物的传输通道,有利于电池反应的顺利进行,使电池的放电容量得到极大地提高。另外,Co₃O₄催化剂的加入提高了电极的催化活性,较大程度降低了电池的过电位。值得注意的是,Co₃O₄催化剂的加入同时调控了锂-空气电池放电产物Li₂O₂的形貌,得到的放电产物Li₂O₂尺寸更小,在电极表面分布更为均匀,该形态的Li₂O₂在充电过程中更容易被分解,有利于提高电池的充电效率,同时电极的体积效应也可得到极大缓解。得益于以上优势,基于多孔Co₃O₄ NFs/炭黑Super P (Co₃O₄ NFs/SP)正极的锂-空气电池的电化学性能得到较大提高,50 mA·g?1电流密度下Co₃O₄ NFs/SP的放电容量高达10600 mA·h·g?1,电池可实现100次的充放电循环。      

疏松多孔CoFe2O4-还原石墨烯电极复合材料的制备与性能

采用原位溶剂热法,以氧化石墨烯（GO）与Co2+、Fe3+为原料制备疏松多孔的纳米CoFe₂O₄-还原氧化石墨烯（CoFe₂O₄-rGO）复合材料。采用XRD、Raman、SEM和HRTEM测试表征了纳米CoFe₂O₄-rGO复合材料的结构与形貌。测试结果表明,纳米CoFe₂O₄-rGO复合材料具有三维结构。自组装的多孔CoFe₂O₄纳米球粒径约为200 nm,在rGO上均匀分散,解决了CoFe₂O₄易团聚的问题。电化学测试结果表明,纳米CoFe₂O₄-rGO复合材料具有较高的比容量及优异的循环和倍率性能,在100 mA·g-1的电流密度下其比容量为1 262 mAh·g-1,50次循环后比容量仍能保持在642 mAh·g-1;并在2 000 mA·g-1的大电流密度下仍具有221 mAh·g-1的比容量。纳米CoFe₂O₄-rGO复合材料拥有更优异的电化学性能的原因在于CoFe₂O₄纳米球在rGO上均匀分布。三维结构增加了Li+储存的活性位点,有效缓解了电极的体积收缩/膨胀效应,提高了纳米CoFe₂O₄-rGO复合材料的导电性。      

碗状C@FeS2@NC复合材料的制备及其电化学性能

在二氧化硅微球表面包覆一层酚醛树脂并在高温下将其转化为碳壳,然后进行溶剂热反应、多巴胺包覆、高温硫化以及氢氧化钠刻蚀,制备出碗状C@FeS₂@NC(氮掺杂碳层)复合材料。这种复合材料具有开放性三维碗状结构,能释放体积变化产生的应力,其较大的比表面积(70.67 m²·g^-1)有很多的活性点位。内外双层碳壳提高了这种复合材料的导电性并提供了稳定的机械结构,外层NC具有很好的保护作用。将这种复合材料用作锂离子电池负极,在0.2 A·g^-1电流密度下首圈放电比容量和充电比容量分别为954.3 mAh·g^-1和847.2 mAh·g^-1,对应的首圈库伦效率为88.78%。循环100圈后,其放电比容量稳定在793.8 mAh·g^-1。     

TiO2/C复合材料用于钠离子电池负极的性能研究

近年来,TiO₂作为钠离子电池(NIB)负极材料,因其低成本和高稳定性等优势受到广泛关注。但受TiO₂本征电子导电性的固有限制,使得TiO₂作为NIB负极材料导电性较差,导致其容量和倍率等性能不理想。利用海藻酸钠与金属离子自主交联反应的特性,将反应产物在最佳温度下进行简单碳化,制备了具有分级多孔结构的TiO₂/C复合材料,其中TiO₂纳米颗粒均匀地分布在多孔互连的碳基体中,该结构提升了复合材料导电性的同时扩展了钠离子反应的附着位点。将TiO₂/C复合材料用于NIB负极材料,在100 mA·g^-1的电流密度下循环300圈后,电池可逆比容量维持在180.4 mAh·g^-1;进一步,在更高的1000 mA·g^-1电流密度下经过1000次循环后,电池可逆比容量维持在102.3 mAh·g^-1,充分显示出TiO₂/C复合材料作为NIB负极材料的应用潜能。     

高性能自支撑CuS/SnS2锂电池负极材料

过渡金属硫化物作为锂电池负极材料具有极高比容量,但其制备的电极普遍存在导电性差、体积变化大等问题,本研究设计了一种新型的自支撑CuS/SnS₂镂空片状锂电池负极材料,以导电碳布作为基底,生长包覆CuS/SnS₂镂空纳米片,具备特殊的纳米包覆结构及双金属协同效应,使其在保持较高比容量的同时具备良好的循环稳定性,整体电化学性能优异。研究不同Cu/Sn含量对CuS/SnS₂负极材料电化学性能的影响,最佳配比的CuS/SnS₂负极材料在0.2 A·g?1电流密度下循环50次后比容量为1480 mAh·g?1,库伦效率稳定在99.5%,在2 A·g?1电流密度下循环200次后比容量仍能保持在697 mAh·g?1,库伦效率为99.8%。      

碳包覆介孔四氧化三铁纳米阵列:高性能Ni/Fe水相电池阴极材料

阴极材料的开发对于可充电水相电池的发展具有重要意义.本文通过自牺牲模板法和碳包覆法相结合制备了碳包覆介孔Fe₃O₄纳米阵列阴极材料(Fe₃O₄@C MNAs).得益于包覆碳层、介孔结构和纳米阵列结构的优异特性, Fe₃O₄@C MNAs电极表现出良好的倍率性能和优秀的循环稳定性.在组装的Ni/Fe电池器件中, Fe₃O₄@C MNAs表现出较高的能量密度及功率密度(在能量密度为213.3 W h kg^-1时功率密度为0.658 kW kg^-1和在功率密度为20.7 kW kg^-1时能量密度为113.9 W h kg^-1)和出色的循环稳定性(约5000次循环后保持81.7%).     

Stabilizing Co3O4 nanorods/N-doped graphene as advanced anode for lithium-ion batteries

Tricobalt tetroxide (Co₃O₄) is one of the promising anodes for lithium-ion batteries (LIBs) due to its high theoretical capacity. However, the poor electrical conductivity and the rapid capacity decay hamper its practical application. In this work, we design and fabricate a hierarchical Co₃O₄ nanorods/N-doped graphene (Co₃O₄/NG) material by a facile hydrothermal method. The nitrogen-doped graphene layers could buffer the volume change of Co₃O₄ nanorods during the delithium/lithium process, increase the electrical conductivity, and profit the diffusion of ions. As an anode, the Co₃O₄/NG material reveals high specific capacities of 1873.8 mA·h·g⁻¹ after 120 cycles at 0.1 A·g⁻¹ as well as 1299.5 mA·h·g⁻¹ after 400 cycles at 0.5 A·g⁻¹. Such superior electrochemical performances indicate that this work may provide an effective method for the design and synthesis of other metal oxide/N-doped graphene electrode materials.     

M3O4(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体的简易制备及超电容性能研究

高熵氧化物以其独特的结构和潜在的应用前景引起了越来越多的关注。本工作采用简单易行的固相反应法制备了M₃O₄(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体, 采用不同手段对粉体进行表征, 并采用涂覆法制备了 M₃O₄/泡沫镍(M₃O₄/NF)复合电极, 研究其超电容性能。结果表明, 随着煅烧温度升高, Fe₂O₃(H)/Co₃O₄(S)/Cr₂O₃(E)和Mn₂O₃(B)相继固溶进入尖晶石主晶相晶格; 在900 ℃煅烧2 h所得M₃O₄粉体的平均粒径为0.69 μm, 具有单一尖晶石结构(面心立方, Fd-3m, a=0.8376 nm), 且Fe、Co、Cr、Mn和Mg五种元素在晶粒内均匀分布, 呈典型的高熵氧化物特征。此外, M₃O₄/NF复合电极在1 mol/L KOH的电解液中, 当电流密度为1 A·g^-1时, 其质量比电容达到193.7 F·g^-1, 可见M₃O₄高熵氧化物在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。     

Y3+掺杂Li4Ti5O12负极材料的电荷输运特性及电化学性能研究

以Li₂CO₃与锐钛矿型TiO₂为原料,六水合硝酸钇（Y（NO₃）₃·6H₂O）为钇源,采用球磨辅助固相法合成了Li₄Ti_5-xY_xO₁₂（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20）负极材料。通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）与X射线光电子能谱（XPS）分别对材料的物相与形貌进行表征分析,并利用电化学工作站对材料的电化学性能与电荷输运特性进行测试。结果表明,Y³⁺掺杂没有影响尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂（LTO）材料的尖晶石结构,x=0.15时,Li₄Ti_4.85Y_0.15O₁₂样品的离子与电子电导率分别为2.68×10^-7 S·cm^-1和1.49×10^-9 S·cm^-1,比本征材料提升了1个数量级,表现出良好的电荷输运特性。电化学测试表明,Li₄Ti_4.85Y_0.15O₁₂样品在0.1 C倍率首次放电比容量可达171 mAh·g^-1,且在10 C与20 C高倍率下仍然拥有102 mAh·g^-1和79 mAh·g^-1的较高比容量,循环200周次后容量保持率分别为92.6%和89.1%,表现出良好的倍率特性。