三维碳涂层稳定硅/石墨烯/ CNT复合用于锂离子电池

在最近的一项研究发表在杂志上Electrochimica学报,来自中国的研究人员开发了一种三维碳涂层稳定硅/石墨烯/ CNT复合克服的局限性硅的体积膨胀锂离子电池的充放电过程中在一定程度上。

研究:Poly-dopamine碳涂层稳定硅/石墨烯/ CNT复合材料作为锂离子电池阳极。图片来源:浸图像/ Shutterstock.com

提高锂离子电池的阳极的作用

环境恶化和全球能源危机,增加使用清洁,可再生能源是至关重要的。发展高效储能电站、储能电池是解决能源问题的关键。

锂离子电池,好处,如延长循环寿命,能量密度高,环保,广泛用于各种各样的应用程序。阳极材料的性能是提高锂离子电池的能量密度的关键制造以硅为主要材料。

等问题严重的粉碎和随后的接触电流收集器丢失导致低循环稳定和快速的容量衰减在硅锂离子电池的放电或充电。

这项研究的研究人员开发了一种三维碳涂层硅/石墨烯/ CNT复合((电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C)使用静电自组装,多巴胺self-polymerization,高温碳化,试图在锂阳极在一定程度上解决问题。

方法

四个复合材料——西曲溴铵或(电子邮件保护)((电子邮件保护)),(电子邮件保护)/CN/CNT,(电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C,(电子邮件保护)/ PDA-C, Si / PDA-C -合成研究。

开发(电子邮件保护)((电子邮件保护)),SiNPs分散在去离子水和不断地混合,然后CTAB溶液添加到SiNP悬挂而迅速搅拌,用近一个小时的解,紧随其后的是五个离心去除多余的CTAB清洗周期。

生产(电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C复合,(电子邮件保护)、石墨烯和碳纳米管(CNT)被传播在三羟甲基氨基甲烷缓冲液生产暂停,随后连续搅拌中多巴胺(DA)补充道。后,均匀ploy-dopamine碳层(PDA-C)涂层(电子邮件保护)/CN/CNT过滤,与去离子水清洗,真空干燥。使用类似的方法,(电子邮件保护)/ PDA-C, Si / PDA-C, Si / GN / CNT / PDA-C准备比较结果。

结果

x射线衍射模式表明,硅结构不是打乱了CTAB变更、PDA涂层或热处理。由于高导电石墨烯和石墨化碳,石墨和水晶飞机也被确定为26.4^o和42.2^o在(电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C。

拉曼测量进行确定的结构复合材料。D、G带的强度相对较低的拉曼光谱(电子邮件保护)/ PAD-C表明(电子邮件保护)/ PAD-C无序碳的比例很低,组件。

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证实了硅含量在这些复合材料热重分析(TGA)。Si / PDA-C和TGA曲线(电子邮件保护)/ PDA-C显示从500年大幅减少加热后^oC - 620^oC,由于包覆碳的氧化层。TGA结果证明(电子邮件保护)/ PDA-C组合包含有点SiNPs少于Si / PDA-C复合由于低碳量由CTAB后热处理。

x射线光电子能谱(XPS)分析地表化学的配置(电子邮件保护)/ GN / CNT / PAD-C透露,PDA-C层是有效的复合涂层。扫描电子显微镜照片表明PDA-C涂布在SiNPs准备在Si / PDA-C Si / PDA-C复合,(电子邮件保护)/ PDA-C, Si / GN / CNT / PDA-C,(电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C。

电动电势测量SiNPs和(电子邮件保护)被用来研究静电表面蚀变的影响纳米硅在身。时的表面电荷特征结果表明,表面SiNPs很容易氧化形成氧化层造成高表面能。

最初的五个循环伏安法(CV)的曲线(电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C表明固态电解质间期(SEI)的形成与广泛的还原峰在第一周期,然后消散在第二周期。李注入+生成非晶短语LixSi合金引起阴极峰在未来周期大约0.2 V。

长循环的性能(电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C电极在不同电流密度为0.1 g¹和1克¹表明电极仍然提供了一个稳定的可逆容量1306 mAh g¹高容量保留68.1%的100个周期后,即使在一个更高的电流密度1 g¹。

结论

研究人员准备3 d(电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C复合使用高温热解处理和自组装。相比其他两个复合材料((电子邮件保护)/ PDA-C和Si / GN / CNT / PDA-C)(电子邮件保护)/ GN / CNT / PDA-C综合表现出更好的性能。准备的组合可以生产性能的锂离子电池的理想。

源

芳芳,歌林、陆Xuesong Ruoyu香港,雍Liu Poly-dopamine碳涂层稳定硅/石墨烯/ CNT复合材料作为锂离子电池的阳极,Electrochimica学报(2021),https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468621019927?via%3Dihub

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