西安交大《ACS Appl. Mater. Interfaces》:氮摻雜分層多孔碳促進...

2020-12-05 騰訊網

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成果簡介

與過渡金屬氧化物電極材料比例，有機摻雜分子具有豐度高，多電子反應和結構多樣等優點，是一種極具吸引力的電化學儲能器件。然而，由於其固有的低電導率和高溶解度，它們存在循環穩定性差和低速率性能等問題。同時解決這兩個關鍵問題是很有挑戰性的。

本文，西安交通大學化工學院李明濤副教授、理學院丁書江教授團隊在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊發表名為「Nitrogen-Doped Hierarchical Porous Carbon-Promoted Adsorption of Anthraquinone for Long-Life Organic Batteries」的論文，研究使用氮摻雜的分級多孔碳（NC）混合微孔/低範圍介孔可通過物理結合和化學吸附極大地緩解由於有機分子在電解質中溶解而引起的穿梭效應，從而改善電化學性能。

基於蒽醌（AQ）電極的鋰離子電池容量急劇衰減（ 1000次循環後0.2℃下的容量保持容量5.7％）和較差的速度性能（2 C時為14.2mahg–1）。但是，基於NC @ AQ 陰極的鋰離子電池具有出色的循環穩定性（1000次循環後在0.2 C時的容量保持率為60.5％，1000次循環後在0.5 C時的容量保持率為82.8％），優異的倍率能力（152.9 mA hg – 1個在2 C下）和出色的能源效率（0.2 C下為98％）。我們的工作為實現長壽命和高倍率性能的下一代有機電池提供了一種新方法。

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圖文導讀

圖1.具有（a）AQ，（b）AC @ AQ 和（c）NC @ AQ 不同配置的鋰有機電池的運行示意圖。

圖2.（a）NC @ AQ 合成的示意圖。

（b）NC，AQ和NC @ AQ的XRD 不同碳內容。

（c）NC的SEM和（d）TEM圖像。

（e）氮的吸附-解吸等溫線和NC的孔體積。

（f）NC @ AQ的SEM圖像

（g）TEM的TEM圖像。

（h）NC @ AQ氮吸附-解吸等溫線和孔體積。

圖3.（a）用AC和NC浸泡前後的Li 2 AQ溶液密封小瓶的照片。

（b–d）吡啶，吡咯和石墨N摻雜石墨烯表面上Li 2 AQ的最佳幾何形狀和吸附能。吸附前（e）和吸附後（f）的NC的高解析度XPS N 1s光譜。

（g）原始Li 2 AQ和（h）NC吸附後的高解析度XPS Li 1s光譜。

圖4.所有樣品在2.0-2.8 V截止電壓下的電化學性能。

圖5.具有（a）AQ，（c）AC @ AQ 和（e）NC @ AQ 不同配置的循環陰極的SEM圖像，前插圖是浸入在乙醇中的循環電極的照片。具有（b）AQ，（d）AC @ AQ 和（f）NC @ AQ 不同配置的循環Li陽極的SEM圖像，前插圖是循環Li陽極的示意圖。

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小結

綜上所述，我們建議使用NC來抑制Li2AQ在電解液中溶解所引起的嚴重梭狀效應。由於氮摻雜的作用，Li2AQ與NC形成了化學相互作用，大大提高了循環穩定性。結合簡單的製備工藝和優異的性能，研究結果為開發高性能有機鋰電池提供了一個有前景的方法。

文獻：

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