石墨烯納米纖維作為具有增強鋰存儲性能的高耐久性嵌鋰陽極

2021-01-09 易絲幫

齊魯工業大學Energy Technol.：電紡Fe2TiO5-TiO2@石墨烯納米纖維作為具有增強鋰存儲性能的高耐久性嵌鋰陽極

DOI:10.1002/ente.202000215

鈦酸鐵作為用於電化學能量存儲和轉化的潛在陽極材料具有重要的研究價值。在這項工作中，通過將還原型氧化石墨烯（rGO）納米片錨固在Fe2TiO5–TiO2納米纖維上，合理設計和製備了纖維狀Fe2TiO5–TiO2@石墨烯（rGO–FTO–TO）雜化結構。有效包裹rGO納米片可以大大提高電導率並減少體積膨脹。當作為陽極進行評估時，在高容量、長期循環穩定性和出色的倍率性能方面，rGO–FTO–TO均表現出優異的鋰存儲性能。此外，rGO納米片與FTO-TO納米纖維之間存在著強烈的靜電相互作用，通過引入氨基丙基三乙氧基矽烷，在FTO-TO表面固定帶正電荷的-NH3+基團，從而促進與帶負電荷的羧酸(-COO)和羥基(-OH)基團在rGO上的鍵合。與原始FTO-TO納米纖維相比，rGO-FTO-TO具有較強的靜電相互作用，顯示出明顯增強的初始容量、更高的容量保持率和高庫倫效率。這項工作為製備石墨烯包裹Fe2TiO5-TiO2纖維狀複合材料作為鋰離子電池高性能陽極提供了一種可行的策略。

圖1.rGO-FTO-TO納米纖維合成步驟示意圖。

圖2.（a）分別為APS-FTO-TO和GO溶液的石墨烯封裝示意圖和（b）Zeta電位。

圖3.（a）FTO、FTO-TO和rGO-FTO-TO納米纖維的XRD圖譜。（b）rGO-FTO-TO和FTO-TO納米纖維的氮氣吸附-解吸等溫線。（c）GO和rGO-FTO-TO納米纖維的拉曼光譜。（d）rGO–FTO–TO納米纖維的拉曼光譜的峰擬合分析（插圖顯示了GO的拉曼光譜的峰擬合分析）。

圖4.（a）rGO-FTO-TO納米纖維的SEM圖像和（b，c）TEM圖像。（d，e）用紅色矩形標記的（c）中選定區域的HRTEM圖像（插圖顯示用紅色圓圈標記的（c）中選定區域的相應SAED模式）。

圖5.（a）rGO-FTO-TO的循環伏安圖（CV）。（b）在不同電流密度下的速率能力。（c）rGO-FTO-TO在2000 mA g-1的電流密度下的循環性能。（d）rGO-FTO-TO和FTO-TO納米纖維的奈奎斯特圖和等效電路模型（插圖）。（e）rGO-FTO-TO和FTO-TO納米纖維在低頻區域的Zre-ω-1/2曲線。

圖6.（a）FTO-TO和（b）rGO-FTO-TO電極在2000 mA g-1的電流密度下的放電和充電曲線。（c）FTO-TO和（e）rGO-FTO-TO電極的奈奎斯特圖。（d）FTO-TO和（f）rGO-FTO-TO電極在低頻區域的Zre-ω-1/2曲線。

圖7.（a）rGO-FTO-TO納米纖維電極在不同掃描速率下的CV曲線，以及（b）CV中標記峰的logi-logυ曲線。（c）rGO-FTO-TO納米纖維電極在1.0 mV s-1時的電容貢獻（插圖是FTO-TO納米纖維電極在1.0 mV s-1時的電容貢獻）。（d）在不同的掃描速率下，rGO-FTO-TO和FTO-TO電極的電容貢獻率。

圖8.鋰離子電池中rGO-FTO-TO電極反應機理的示意圖。

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文章來源：易絲幫

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