大連化物所:3D碳納米片中石墨烯封裝的氮化鐵,用於鋰離子電池

2021-01-05 材料分析與應用

本文要點：

通過化學吹制和原位氮化過程，開發用於高速率LIB的有效合成限制在3D碳納米片框架中石墨烯封裝的金屬氮化物（例如 Fe 2 N）的通用方法。

成果簡介

具有高理論容量和出色電導率的金屬氮化物作為鋰離子電池（LIB）的高倍率陽極材料具有巨大的潛力，但會遭受嚴重的粉碎和電極的空氣不穩定性的困擾。本文中，開發一種合成幾層石墨烯封裝的過渡金屬氮化物（例如，鐵2N）限制在三維（3D）超薄碳納米片框架（表示為Fe）中的納米顆粒通過硝酸鐵促進的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）吹塑和隨後的原位氮化過程， 2N@CNFs中，作為LIB的高速率陽極。得益於石墨烯殼提供的有限的Fe2N納米顆粒，可減輕結構粉碎和空氣敏感性，以及3D碳納米片多孔骨架，可實現快速的電解質離子擴散和快速的電子傳輸，所得的Fe2N@CNFs陽極顯示出高的可逆容量。因此，這項工作將為合理構造一系列用於能源相關設備的高性能金屬氮化物電極鋪平道路。

圖文導讀

圖1。通過硝酸鐵促進PVP聚合物吹塑和隨後的原位氮化過程製備Fe 2 N @ CNFs的示意圖。

圖2。（a）SEM，（b）TEM和（c）Fe @ CNFs前體的HRTEM圖像。（d）Fe 2 N @ CNFs的SEM，（e）TEM和（f）HRTEM圖像。（g）Fe 2 N @ CNF的STEM圖像，以及相應的C，Fe和N元素映射分析。

圖3。（a）Fe @ CNFs，Fe 2 N @ CNFs，Fe 2 N @ CNFs-700的XRD圖譜。（b）N 2吸附和解吸等溫線，以及（c）Fe 2 N @ CNFs的孔徑分布。（d）Fe 2N@ CNFs的Fe2p，（e）C 1s和（f）N 1s XPS光譜。

圖4. （a）在不同掃描速率下獲得的CV曲線

（b）在每個氧化還原峰（峰值電流：i，掃描速率：v）下對應的log i與log v圖。

（c）Fe的贗電容貢獻 2 N @ CNFs電極在不同掃描速率下的。

（d）CV曲線測得的掃描速率為10 mV s -1和相應的偽電容貢獻。

圖5。Fe2N@CNFs陽極的鋰儲存機理的示意圖。

圖7。LiFePO的鋰離子示意圖

小結

通過化學吹制和原位氮化過程，開發用於高速率LIB的有效合成限制在3D碳納米片框架中石墨烯封裝的金屬氮化物（例如 Fe 2 N）的通用策略。此外，由Fe 2 N @ CNFs陽極和LiFePO組裝而成的完整電池實際應用中顯示出很大的希望。將為精細設計新穎的分層結構金屬氮化物電極（為電池和超級電容器中的高性能電化學儲能設備提供許多機會）

文獻

Graphene encapsulated iron nitrides confined in 3D carbon nanosheet frameworks for high-rate lithium ion batteries

相關焦點

  • 【復材資訊】碳納米管在鋰離子電池中的應用
    碳納米管的應用也是十分廣泛，包括電子領域（電晶體、傳感器等）、生物醫療領域、航空航天（研究用太空飛行器鏡片、複合材料增強體、功能材料）、軍事領域（生化防護服和地雷、爆炸物探測器）、能源領域（超級電容器、鋰離子電池和太陽能熱光伏設備）以及雷射器等。今天我們就來了解一下碳納米管在鋰離子電池中的應用。
  • 碳納米管來製造矽陽極鋰離子電池,開拓鋰離子電池電極材料的使用
    打開APP 碳納米管來製造矽陽極鋰離子電池，開拓鋰離子電池電極材料的使用 佚名 發表於 2020-04-08 16:24:27
  • 石墨烯材料在鋰離子電池中的應用
    隨著電子資訊時代的發展，鋰離子電池逐漸在二次電池開發應用領域成為人們關注和研究的主要對象。在對鋰離子電池電極材料的研究過程中，一些碳元素的同素異形體及混合物可以作為導電性能優良的穩定材料，常被用於開發新型鋰離子電池負極材料的研究。
  • 佛塑科技:公司與上矽所共同成立了石墨烯動力鋰離子電池研發中心...
    同花順財經4月19日訊，有投資者向佛塑科技提問，公司具備石墨烯概念嗎？公司在石墨烯新材上做了哪些相關研究？謝謝！公司回答表示，公司與上矽所共同成立了石墨烯動力鋰離子電池研發中心，致力於石墨烯在動力鋰離子電池及高分子膜材料的應用研究及產業化工作，重點攻克石墨烯宏量製備、石墨烯在鋰電池中的使用、技術與產品轉化方面等關鍵問題。
  • 關鍵詞:鋰硫電池,共價修飾,四氨基酞菁鈷,多壁碳納米管
    此外，正極在充放電過程中產生可溶性的多硫化鋰，其在正負極之間的「穿梭效應」導致電池庫倫效率和循環穩定性的降低。　　通過化學修飾的方法將導電的碳納米管與金屬酞菁類配合物以化學鍵合的方式結合，獲得的鋰硫正極催化材料顯著提高了鋰硫電池在高單位面積載硫量條件下的比容量、倍率性能和循環穩定性。　　金屬酞菁是擁有18π電子結構的金屬-N4大環共軛體系，具有優異的催化性能。
  • 新石墨烯鋰離子電池更高效環保
    原標題：新石墨烯鋰離子電池更高效環保 　　今年5月，電池和石墨烯技術初創
  • 大連化物所研製出光聚合凝膠電解質並用於固態鈉金屬電池
    近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組研究員吳忠帥團隊發展出一種高室溫離子電導率的光聚合凝膠準固態電解質，其表現出優異的室溫離子電導率、寬電化學窗口和出色的柔韌性，並以此構築出高比能、高倍率、長循環性能的鈉金屬電池。
  • 大連化物所實現電催化高效分解硫化氫制氫
    近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員鄧德會團隊成功實現電催化高效分解硫化氫製備高純氫氣，為消除硫化氫汙染物同時耦合製備綠色氫能源提供了新思路。　　硫化氫是一種在石油化工中廣泛存在的有毒氣體，但同時也是一種潛在的制氫原料。
  • 中山大學:新方法合成分層多孔碳納米片,用於鋰硫電池的正極材料
    本文，中山大學Yang Du與Ruowen Fu（通訊作者）等研究人員在《Langmuir》期刊發表名為「Template-Free Preparation of Hierarchical Porous Carbon Nanosheets for Lithium–Sulfur Battery」的論文，研究以氧化石墨烯為載體，通過Friedel-Crafts反應輔助負載聚苯乙烯製備了一系列超薄層狀多孔碳納米片
  • 碳納米管產業深度研究:優秀的新型導電材料
    鋰電池的供電過程依賴於電子在正極與負極間的移動，因此電極的導電性決定了電池的性能表現。導電劑作為鋰電池的關鍵輔助材料，其作用就是與正極材料、負極材料混合製成電極極片，確保電池的正極和負極具有良好的導電性。鋰離子電池正極材料主要包括磷酸鐵鋰、三元材料、鈷酸鋰、錳酸鋰等，為鋰離子電池提供鋰源，是影響鋰離子電池能量密度、循環使用壽命、安全性等指標的關鍵材料之一。
  • 北大:直接製備圖案化石墨烯納米片,用於發光二極體
    Mater》期刊發表名為「Direct Growth of Nanopatterned Graphene on Sapphire and Its Application in Light Emitting Diodes」的論文，研究報導了一種通過在納米圖形化藍寶石基底（NPSS）的c-面上選擇性生長石墨烯，來製備納米圖案化石墨烯的新思路，並且展示了其在外延生長氮化鋁（AlN）薄膜中的應用。
  • 大連化物所發表碳一化學前瞻性文章
    中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員鄧德會、中科院院士包信和團隊，在碳一分子催化轉化方面的研究工作引起國內外同行的關注。近日，該團隊受邀發表題為Catalysis for Selected C1 Chemistry的前瞻性文章。
  • 三星Galaxy S9或採用石墨烯電池,但量產是問題!
    現在外媒再次爆料稱三星Galaxy S9可能採用石墨烯電池，充滿電只需要12分鐘。石墨烯是一種特殊的納米級材料，最早由科學家在實驗室裡製得，由於其具有出色的電學性能，良好的熱導率與卓越的力學性能，因為石墨烯被視作21世紀的「神奇材料」，並將在電子信息、航空航天、汽車與能源領域帶來巨大革新。
  • 技術|SnO2作為鋰離子電池負極材料的研究進展
    採用與碳納米管、石墨烯多孔碳球等碳材料複合，可有效地提高SnO2的導電性和循環穩定性，同時在一定程度上抑制首次不可逆反應，提高庫侖效率。主要合成方法有水熱法和模板法。Zhang等[14]使用聚乙烯基吡咯烷酮合成SnO2-碳納米管(CNT)複合材料，將單層SnO2納米顆粒均勻地覆蓋到交叉堆疊的CNT片材內部CNT束的表面上。它們表現出良好的循環性能，可逆比容量超過850mAh/g。Zhang等[15]利用簡單的方法來製備碳包覆的SnO2納米顆粒-石墨烯納米片(Gr-SnO2-C)作為鋰離子電池的負極材料。
  • 中科院大連化物所開發出高性能鋰硫電池
    近日，由中科院大連化學物理研究所（DICP）的劉健教授和吳忠帥教授領導的研究小組開發出了用Fe 1－x S修飾的介孔碳球作為鋰電反應器的納米反應器。硫磺電池正極。該納米反應器展示出優異的多硫化物催化活性和循環穩定性。這項研究於4月16日發表在《先進能源材料》上。
  • 石墨烯電池發明人是誰_石墨烯電池製作方法
    石墨烯氧化釩電池 　　萊斯大學的研究人員發現了一種新材料，它是氧化釩（VO2）和石墨烯的混合物。該混合電源可用於鋰離子電池陰極。測量結果表明，這種混合陰極能在20秒內完全充放電，並能承受1000多次充電循環。1000次循環後，容量仍優於標稱的90%。 　　釩氧化物在鋰離子電池中具有高的能量容量。這是因為它們像海綿一樣收集鋰離子。
  • 樓雄文教授AngewCo3O4納米顆粒鑲嵌的介孔碳納米盒用於鋰離子電池
    此外，將納米結構的活性材料與高導電性碳複合，不僅能夠有效緩解充放電過程中活性材料的體積變化和團聚，而且有利於提高電子/離子的傳輸效率。然而，如何將中空結構的過渡金屬氧化物活性材料均勻地限域在納米結構的高導電性碳材料中仍然是材料合成領域的一大挑戰。
  • 單壁碳納米管分散製備-ATS碳納米管超高壓湍流分散機的應用
    碳納米管可以看做是石墨烯片層捲曲而成，因此按照石墨烯片的層數可分為：單壁碳納米管（或稱單層碳納米管，Single-walled Carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳納米管（或多層碳納米管，Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs）。
  • 大連化物所等揭示σ型軌道重疊是非平面鐵配合物的芳香性來源
    近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員葉生發團隊與北京大學教授席振峰、張文雄研究團隊合作，揭示非平面丁二烯基雙鐵化合物的芳香性來源於兩個鐵中心的3dxz與丁二烯π之間d-p軌道的σ型重疊。芳香性是化學的基本概念之一。
  • 新石墨烯鋰離子電池:有望實現循環壽命、充電時間和能量密度
    打開APP 新石墨烯鋰離子電池：有望實現循環壽命、充電時間和能量密度 微鋰電 發表於 2020-11-20 16:43:52