SCMs|高性能鉀離子電池自支撐負極材料:氮摻雜空心碳纖維

2021-02-13 中國科學材料

近日，湖南大學魯兵安教授等人在SCIENCE CHINA Materials發表研究論文，報導了一種具有多級結構（氮摻雜團簇複合中空碳纖維）、高可逆容量的鉀離子電池負極材料（NHCF@NCC）。該電極材料以多孔氮摻雜中空碳纖維為骨架，具有大比表面積，可有效地縮短鉀離子的擴散距離，增加電極材料與電解質的接觸界面。另外，附著在中空碳纖維上的不規則的氮摻雜團簇可以提供更多的反應活性位點。由於碳纖維高的縱橫比，NHCF@NCC可形成三維連通導電網絡的自支撐結構。

圖1 NHCF@NCC的合成示意圖。

以NHCF@NCC為自支撐無襯底負極的鉀離子電池表現出優異的電化學性能，100 mA g−1電流密度下可逆容量可達310 mA h g−1，1000次循環後容量無明顯衰減。當電流密度增加到2000 mA g−1，該自支撐電極仍具有153 mA h g−1 的可逆容量，顯示了優異的倍率性能。

 

圖2 以NHCF@NCC為自支撐無襯底負極的鉀離子電池的電化學性能。

該研究成果最近發表於Science China Materials, 2020, 10.1007/s40843-020-1465-8。

SCMs|一種用於鉀離子電池的高體積容量鉍納米片/石墨烯複合物電極

SCMs|硫脲基聚醯亞胺/rGO複合正極：鹼金屬離子儲存機理的綜合研究


點擊左下角「閱讀原文」，閱讀以上文章PDF原文

—關注中國科學材料，請長按識別二維碼—

相關焦點

  • 《Adv Mater》:獨特的多孔結構,實現高性能鉀硒電池負極!
    編輯推薦：本文通過靜電紡絲法和後續的刻蝕活化，成功製備了氮摻雜「豆莢狀」空心碳纖維，並用於鉀硒（K-Se）電池的負極具有良好的電化學性能。通過原位XRD和第一性原理計算等多方法，對K-Se電池中Se與K的反應步驟進行了詳細的闡明，為未來K-Se電池的理論研究和商業化應用打下了堅實的基礎。
  • 深圳先進院高性能鉀離子電池負極材料研究取得進展
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】導讀中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在新型高性能鉀離子電池的負極材料研究方面取得新進展3月18日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在新型高性能鉀離子電池的負極材料研究方面取得新進展：理論預言苯乙烯材料是一類非常有前景的鉀離子電池負極材料，基於大量的計算模擬數據指出苯乙烯材料在用作鉀離子電池負極材料時具有非常高的理論比容量和非常小的體積膨脹。
  • 河北科技大學王波團隊在鉀離子電池碳負極材料領域取得重要進展
    近日，河北科技大學材料學院王波教授帶領的科研團隊在鉀離子電池碳負極材料領域取得重要進展，相關研究在《納米能源》（Nano Energy,2020,104979,DOI:org/10.1016/j.nanoen.2020.104979）正式發表。
  • 氮/氧共摻雜石墨烯狀碳納米籠作為鋰離子/鉀離子電池的陽極
    本文要點：生物質衍生的糖合成氮/氧共摻雜的石墨烯樣碳納米籠作為鋰和鉀離子電池陽極成果簡介 >環保型碳基材料作為鹼性離子電池的通用陽極具有潛在的應用前景。（NOGCN），作為通常的鋰和鉀離子電池陽極，所有的反應物都是容易獲得且完全可再生的。
  • 關於鉀離子電池最新優秀工作總結
    1.2 Advanced Energy Materials: 動力學增強的異原子雙摻烯碳空心結構用於高倍率印刷化鉀離子電池鉀離子電池具有顯著的優點（包括鉀資源豐富、廉價易得、標準還原電勢低等等），被認為是最有前途的下一代儲能系統之一。
  • 快充材料、柔性自支撐PIB負極、緻密水凝膠、硬碳負極中電解質對鈉...
    在此，德國弗裡德裡希·席勒-耶拿大學（Friedrich-Schiller-University Jena）Andrea Balducci團隊概述了用於高功率應用的快速充電材料，並考慮了鋰-、鈉-和鉀-離子電池中使用的幾種負極和正極材料在高電流密度下的行為。此外，作者還討論了適用於電化學電容器的電容性和贗電容性材料的性能，以及用於實現雜化-離子電容器的材料性能。
  • 聚合物輔助在焦磷酸鈦中可控引入氧空位並用於鈉/鉀離子電池負極
    【研究背景】 與鋰離子二次電池相比，鈉離子電池（鈉電）和鉀離子電池（鉀電）因採用量大價廉的鈉或鉀為原料而在儲能領域具有很好的應用前景。碳材料是常用的鋰電負極材料，因共軛層間距較小而難以應用於鈉電和鉀電。開發高性能負極材料是鈉電和鉀電實現大規模應用的關鍵。
  • 石墨化碳包覆SnOxSiO2的納米電纜結構應用於高性能自支撐鋰離子電池負極材料
    隨著可攜式電子設備和電動汽車的廣泛應用和快速發展，開發具有高能量密度、高功率密度和長循環壽命的鋰離子電池變的越來越迫切。
  • 碳纖維表面生長SnO2納米花:高性能鋰電/鈉電負極材料
    內容簡介▶ TOC 摘要圖SnO2是一種典型的過渡金屬氧化物，具有無毒、廉價、高理論容量、優異電化學性能等優點，被視為極具潛力的鋰/鈉電池負極材料然而和其他氧化物電極材料一樣，SnO2在循環過程中的體積膨脹和粉化問題是制約其電化學性能及循環穩定性的瓶頸問題之一。湖南大學馬建民老師課題組設計了一種氮摻雜碳纖維表面生長SnO2納米簇的複合結構（NC@SnO2），其中碳纖維起到負載SnO2納米簇、抑制SnO2團聚以及高效電子傳輸網絡三方面作用。
  • 46-NML專輯 | 鉀離子電池
    https://doi.org/10.1007/s40820-020-00460-y快速儲鉀新材料設計及其機理剖析：烯碳鎧甲保護的TiO2納米管電極的原位表徵與DFT理論分析4. 6. https://doi.org/10.1007/s40820-019-0260-6 NML研究文章｜氮、磷共摻石墨烯：全碳基鋰/鉀離子電容器負極材料
  • 湖南大學李軒科教授團隊《AFM》:邁向高性能電容式鉀離子存儲:一種...
    鉀離子電池(potassium-ion battery, PIB)備受矚目的主要原因有二：一是鉀儲量豐富(2.09 wt%)；二是K+/K氧化還原電位低(-2.93 V vs 標準氫電極)。但缺點是K+尺寸過大，重複充放電會出現大面積體積膨脹，造成電極坍塌，最終導致容量衰退。
  • 高容量、高性能:離子液體與鉀離子電池
    點擊上方「離子液體」，更多精彩內容盡在掌握！標   籤：學科前沿關鍵詞：鉀離子電池 離子液體 錫負極自富蘭克林發現電以來，幾百年後，電力已經成了現代生活的根本保障。但現在同時也伴隨著環境問題。為了在少使用、不使用常規化石能源的情況下，實現可實施持續能源系統的最終目標，可再生能源與儲能設備間的協作是確保電力穩定供應的關鍵。
  • 前沿動態:自支撐柔性SnS2@C納米纖維實現可摺疊鉀離子電池
    相比於鋰離子電池，由於鉀元素的地殼豐度高和成本低的特性，鉀離子電池（PIBs）被認為是大型儲能系統中極具前景的替代品之一。
  • 大連理工《JMCA》：高性能可充電鋅離子電池的自支撐正極材料！
    導讀：本文報導了一種在鹼處理碳布上原位生長的二維水合釩酸銨納米片作為高性能鋅離子電池（ZIBs）的自支撐正極的方法。在可充電電池中，鋰離子電池因其能量密度高而被認為是最有前途的間歇可再生能源存儲技術；但其安全性差、成本高，阻礙了其進一步大規模應用。作為另一種選擇，除了擁有與LIBs類似的搖椅機制外，水性可充電鋅離子電池（ARZIBs）更安全，且資源儲備更廣泛。
  • 大連理工《JMCA》：高性能可充電鋅離子電池的自支撐正極材料
    導讀：本文報導了一種在鹼處理碳布上原位生長的二維水合釩酸銨納米片作為高性能鋅離子電池（ZIBs）的自支撐正極的方法。以此材料組裝的紐扣ZIB在0.1 A g-1的電流密度下能達到523 mA h g-1，能量密度達到343 W h kg-1@150 W kg-1。在組裝成準固態柔性ZIB時，能夠保持良好的穩定性。
  • 負載MnO納米顆粒的氮摻雜多孔碳用作鋰離子電池和鈉離子電池負極...
    可充電電池(如鋰離子電池、鈉離子電池等)作為一種重要的能源，已被廣泛應用於電子設備和電動汽車中。目前，許多研究都致力於尋找合適的鋰離子電池和鈉離子電池電極材料。MnO作為鋰離子電池潛在的負極材料，具有氧化還原電位低和理論容量高等優點。但與其他金屬氧化物類似，也具有耐久性低和導電性差的缺點。
  • 基於碳點@氧化石墨烯紙的柔性鉀離子電池負極
    導讀碳材料，特別是石墨化碳質材料，作為鉀離子電池（PIBs）的負極，是PIBs產業化的基石。然而，石墨化碳材料PIBs負極通常循環壽命短，穩定性差。圖1.圖片概要在本研究中，通過在還原氧化石墨烯表面引入碳點（CDs@rGO），構建了柔性三維結構的高性能鉀離子電池負極
  • 武科大提出協同摻雜助力C-S顯著改善軟碳負極材料儲鋰性能策略
    隨著傳統能源的利用，產生的環境汙染日益凸顯，發展高效清潔能源的可再生能源存儲技術已迫在眉睫，鋰離子電池因其高的能量密度、低的自放電特性以及長的循環壽命等特點獨特的優勢,被認為是一種高效的電化學儲能技術。軟碳有著來源豐富與可控制結晶度，與電解液相容性好等優點，被廣泛應用於鋰電負極材料,但其較差的導電性與低的鋰離子擴散速率限制了其實際應用。
  • 進展| 水系鉀離子電池研究取得重要進展
    相較於水系鋰離子電池和水系鈉離子電池而言，水系鉀離子電池則更具優勢。主要原因為：第一，鉀在地殼中的含量是鋰的1290倍，具有很大的成本優勢；第二，鉀的標準電極電位比鈉的低0.22 V，意味著同類型結構的鉀正極具有更高的電壓，從而使得全電池具備更高的能量密度；第三，在具有相同陰離子和相同濃度的水溶液中，鉀鹽溶液的離子電導率比鋰鹽和鈉鹽的都要高很多，意味著用鉀鹽水溶液做電解液可以使全電池具備更快的充放電能力。
  • 我國科學家研製出高性能紗球狀MoS2電極材料
    負極材料石墨和鈦酸鋰都存在理論比容量低、倍率性能差等缺點，無法滿足人們對高能量/功率密度鋰離子電池器件的需求，石墨電極在使用時存在由於放電電壓過低導致的安全性問題。此外，用作鈉離子電池負極材料時，石墨電極很難與Na+形成穩定的化合物，比容量低。因此，尋找既能作為鋰離子電池負極又能用作鈉離子電池負極的材料，具有重要意義。