上海矽酸鹽所在:三維柔性N,B共摻雜碳泡沫實現有效多硫化物限制

2020-12-22 材料分析與應用

本文要點：

1、合理設計和製備有效N，B共摻雜的3D柔性碳泡沫（NBC）。

2、受到瓊脂凝膠的啟發，簡易且高產的製備了蠕蟲狀結構的柔性3D NBC。

3、通過元素摻雜在3D柔性電極中進行材料設計的想法將激發靈活的儲能裝置的新途徑。

成果簡介

合理設計柔性電極材料和低成本製造對存儲應用是至關重要的。在此，開發了三維（3D）柔性N，B共摻雜碳泡沫（NBC），從而實現有效的多硫化物限制。這種碳結構中的B原子具有正電荷，在形成S n2- …… B時可與S n 2-陰離子相互作用，而N原子形成負電荷，在形成N …… Li 2時與Li +陽離子構成強耦合相互作用S n。此外，瓊脂的自凝膠化製備相應的柔性3D碳形式。當用作S的主體時，這種3D碳泡沫提供連續的導電結構，適應長期循環期間的體積變化並且用作多硫化物溶解的屏障。

圖文導讀

2.1、NBC的合成和表徵

通過瓊脂輔助凝膠化和隨後的化學氣相沉積（CVD）過程獲得NBC。

圖1。（a）通過氫鍵合成3D瓊脂凝膠的合成方法的圖示。（b）完全可逆的壓縮σ - ε環（c）特徵SEM和（d）NBC的HRTEM圖像。

圖2。（a）N 2吸附 - 解吸等溫線，（b）FTIR光譜，和（c）NBC，BC和C的拉曼光譜.NBC的XPS光譜：（d）C 1 s的高解析度XPS光譜，（e） N 1 s，（f）B 1 s。

圖3。鋰多硫化物與碳泡沫之間的強耦合相互作用的圖示。

2.2、NBC-S的電化學表徵

為了評估具有高面負載的NBC-S陰極的電化學性質，組裝了一系列CR2016硬幣型Li-S電池，其中鋰箔作為陽極，Celgard 2400作為隔膜。

圖4。（a）循環性能和（b）C-S，BC-S和NBC-S電極的速率性能。（c）NBC-S電極的CV曲線，掃描速率為0.1mV s -1。（d）可摺疊裝置的示意圖。（e）生動的照片，說明由NBC-S陰極組裝的軟包裝Li-S電池的靈活性。（f）基於NBC-S陰極的軟包裝Li-S電池的長期循環性能。

小結

總之，合理設計和製備有效N，B共摻雜的3D柔性碳泡沫。受到瓊脂凝膠的啟發，簡易且高產的製備了蠕蟲狀結構的柔性3D NBC。得到的3D NBC提供了導電網絡以及靈活性，有效的N，B共摻雜使得多硫化鋰的強耦合相互作用成為可能。因此，即使在高達5.8 mg cm-2的硫負載下，獨立式NBC-S電極也具有高面積容量。最佳的長期循環性能可以達到350次循環，在0.2℃時具有0.03％的極低衰減率。此外，組裝的可摺疊Li-S裝置在1C時具有873 mA h g -1的出色容量。通過元素摻雜在3D柔性電極中進行材料設計的想法將激發靈活的儲能裝置的新途徑。

參考文獻：

Effective incorporation of nitrogen and boron in worm-like carbon foam for confining polysulfides

相關焦點

  • 北化:Li-S電池的層狀介孔碳納米片上的多硫化物限制和高效轉化
    但是，由於硫本身和放電產物（Li2S / Li2S2）以及中間體多硫化物的穿梭效應。（MC-NS），同時可以實現多硫化物的限制和高效轉化。圖2、a）拉曼光譜，b）納米FTIR光譜，c）C-1s峰的XPS，以及d-f）N - 2對MCNS，CNS和CNP的吸附-解吸分析。圖3、a）XRD圖譜，b）TG曲線，c）S 2p峰的XPS，d）SEM圖像，e，f）TEM圖像以及MC-NS / S混合物的相應元素圖。
  • 中科院院士成會明在上海矽酸鹽所第十七期「東生講壇」作報告
    中科院院士成會明在上海矽酸鹽所第十七期「東生講壇」作報告 2019-01-10 上海矽酸鹽研究所 　　1月8日上午，中國科學院上海矽酸鹽研究所在嘉定園區舉辦第十七期
  • :有機半導體n-型摻雜的光活化突破熱力學極限
    在過去的十年中已經開發出了多種穩定的分子p-型摻雜劑並且已經成功地部署在器件中，分子n-摻雜劑的研究也很活躍。然而，由於某些原因，適用於低電子親和力（EA）材料的空氣穩定的分子n-型摻雜劑仍然是研究的難點。n-型摻雜涉及到通過還原劑向半導體材料的電子傳輸軌道提供電子。
  • 上海矽酸鹽所等在n型高性能類金剛石結構熱電材料研究中獲進展
    上海矽酸鹽所等在n型高性能類金剛石結構熱電材料研究中獲進展 2018-01-10 上海矽酸鹽研究所 自2009年，中國科學院上海矽酸鹽研究所熱電研究團隊首次報導四元化合物Cu2CdSnSe4和Cu2ZnSnSe4的熱電性能之後，類金剛石結構化合物獲得了熱電研究領域的廣泛關注。迄今為止，已經有20餘種類金剛石結構化合物的熱電性能被報導，其中多種p型材料的熱電優值高於1，與傳統熱電材料相媲美。然而，n型類金剛石結構化合物的熱電優值普遍偏低，這限制了高效類金剛石結構化合物熱電器件的開發。
  • 上海矽酸鹽所在鋱鎵石榴石基磁光陶瓷研究方面取得系列進展
    相較而言，TGG陶瓷可以在較低的燒結溫度及多樣化的燒結機制下實現透明化，能夠有效避免晶體生長中的氧化鎵揮發等諸多問題，從而獲得高質量的磁光陶瓷。另外陶瓷還具有易於製備大尺寸材料、斷裂韌性高、製備周期短等優勢。因此，TGG磁光陶瓷具有良好的應用前景。近日，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員李江帶領的透明與光功能陶瓷研究課題組在鋱鎵石榴石基磁光陶瓷研究中取得進展。
  • 全固態柔性鋁空氣電池的磷摻雜碳點/石墨烯氣凝膠上的氧還原反應
    但是，金屬空氣電池中所需的ORR性能通常受到適度的電催化活性和缺乏實現良好分散性的方法的限制。為了解決這些問題，一種生物質衍生方法可實現碳點的原位磷摻雜（P摻雜）並同時裝飾在石墨烯基體上。獲得P摻雜碳點/石墨烯（P-CD / G）納米複合材料，可以達到碳納米材料的超高P摻雜水平。
  • 上海矽酸鹽所:增強機械/電氣性能的超輕/高壓縮石墨烯蜂窩材料
    本文要點：一種新穎的方法製備超低密度，高彈性，出色的機械和導電三維石墨烯蜂窩材料成果簡介 由化學衍生的氧化石墨烯製成的傳統三維石墨烯蜂窩材料本文，中國科學院上海矽酸鹽研究所畢輝研究員、黃富強研究員（點擊藍色字體有導師詳細介紹）與上海大學材料科學與工程學院萬冬雲教授合作在《CHEMNANOMAT》期刊發表名為「Ultralight, Highly Compressible Graphene Cellular Materials with Enhanced Mechanical and Electrical Performance
  • 控制溶液態聚合物聚集體的動力學用於實現聚合物半導體的高效n摻雜
    控制溶液態聚合物聚集體的動力學用於實現聚合物半導體的高效n摻雜 作者：小柯機器人 發布時間：2021/1/10 19:41:27 北京大學雷霆團隊通過控制溶液態聚合物聚集體的動力學用於實現聚合物半導體的高效n摻雜。
  • 南科大郭旭崗團隊n型有機和高分子半導體材料研究連發5篇頂刊
    該研究提出了聚合物粘合劑的新型策略，通過合成一個柔性的共軛n型聚合物，使其能夠作為一種粘合劑粘合小分半導體的晶界，提升其機械性能，實現了柔性有機電晶體器件（圖 1）。這種聚合物能有效地抑制小分子和聚合物之間的相分離，進一步實現了晶粒間的粘合作用。
  • 中科院化學所:N,P共摻雜的碳氣凝膠高效電催化CO2還原為CO
    本文，中國科學院化學研究所膠體、界面與化學熱力學實驗室韓布興課題組在《Angew.Chemie》期刊發表名為"Boosting CO2 Electroreduction on N,PCodoped Carbon Aerogels"的論文，研究提出使用N，P共摻雜的碳氣凝膠（NPCA）將CO 2還原為CO的方法。
  • 上海矽酸鹽所在鈮酸銀基陶瓷材料研究中獲進展
    然而，AgNbO3材料自身固有的亞鐵電性以及反鐵電-鐵電相變引起的回滯效應導致能量損耗較大，難以同時實現高的儲能密度和儲能效率，成為制約該材料在儲能領域應用的關鍵。近期，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員董顯林和研究員王根水團隊提出一種提高AgNbO3反鐵電材料儲能特性的新思路，實現了儲能密度和儲能效率的同步提升。
  • 研究人員以硼/氮共摻雜實現石墨烯能隙
    韓國蔚山科技大學(UNIST)的研究人員們宣稱開發出一種可大量生產硼/氮共摻雜石墨烯奈米微板的方法，從而可實現基於石墨烯的場效電晶體(FET)製造與設計。
  • 上海矽酸鹽所在高導熱氮化矽陶瓷研究中取得進展
    目前，常用的氧化鋁基板熱導率低、氮化鋁基板可靠性差，限制其在高端功率半導體器件中的應用。氮化矽陶瓷基板具有高強度、高韌性、高絕緣、高熱導率、高可靠性及與晶片匹配的熱膨脹係數等優點，是一種具有綜合性能的基板材料，應用前景廣闊。中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員曾宇平團隊對高性能氮化矽陶瓷材料開展研究。
  • 深圳大學範平課題組與南昆士蘭大學陳志剛課題組合作在n型多晶SnSe熱電材料與CoSb3熱電薄膜方面取得新進展
    （a）該工作優化n型多晶SnSe熱電性能的示意圖；（b）-（c）n型多晶SnSe樣品與熱電優值。圖2. Pb/I 雙摻雜n 型SnSe的熱電性能；通過Pb/I雙摻雜同時優化了SnSe的電-聲輸運性能，其熱電優值ZT在790K達到0.8。圖3.
  • 上海矽酸鹽所在新型氟基固態電解質研究方面取得進展
    上海矽酸鹽所在新型氟基固態電解質研究方面取得進展 2020-03-16 上海矽酸鹽研究所 【近日，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員李馳麟帶領的研究團隊在氟基固態電解質方面取得進展，開發出一種納米複合結構的開框架富鋰相氟基固態電解質Li3GaF6，並實現了對固態電池的成功驅動，相關成果發表在國際能源/材料類期刊Energy Storage Mater., 2020, 28, 37-46.上。
  • 中科院上海矽酸鹽研究所與康寧聯合成立實驗室
    康寧在中國大陸的首個聯合研發實驗室揭幕2011年6月28日, 上海－中國科學院上海矽酸鹽研究所與康寧公司（紐約證券交易所代碼：GLW）今天宣布，位於上海嘉定的「中國科學院上海矽酸鹽研究所－康寧聯合實驗室」正式成立。這是康寧公司在中國大陸設立的首個聯合研發實驗室。
  • 南京工業大學《Energy Fuels》:Co-N摻雜碳cl作為鋰氧電池的高效...
    開發有效的電催化劑被認為是一種可行的方法。本文，南京工業大學De-Qing Cao，Xiao-Jing Liu等研究人員在《Energy Fuels》期刊發表名為「Co-N-Doped Carbon as an Efficient Catalyst for Lithium–Oxygen Batteries」的論文，研究通過兩步路線從ZIF-8製備了Co和N共摻雜碳材料，其中Co原子分散在ZIF
  • 3D列印V8C7-VO2雙功能框架同步管理多硫化物和穩定鋰負極
    近年來，同步管理多硫化物和抑制鋰枝晶生長的策略被認為一種行之有效的策略。然而，高性能鋰硫電池仍然受困於缺乏兼具雙功能材料的設計和實用化器件製備工藝的開發。針對此， 作者利用3D列印技術巧妙地設計出「一石二鳥」的V8C7-VO2異質結導電框架，由於其兼具親多硫和親鋰特性，可以同步實現正極處多硫化物的管理和負極處鋰枝晶的抑制，並可以在高硫負載量下獲得高的面積比容量。