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中科院物理所:高容量碳负极材料可大幅提高NIBs能量密度

北极星储能网  来源:新材料科技在线    2018/9/26 11:14:07  我要投稿  

北极星储能网讯:开发高容量碳负极材料可进一步提高钠离子电池(NIBs)的能量密度。最近,中国科学院物理研究所(IOP-CAS)的研究人员开发了一种用于NIBs的高容量碳阳极(~400mAh g-1)。研究结果发表在“Science Bulletin”《科学通报》上。

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(a)无定形石墨化峰制备样品的XRD图谱。(b) D, G, D D'', 2D, D G和2D'带的拉曼光谱。图片来源:中国科学出版社

自2010年以来,钠离子电池(NIBs)因其成本,资源优势以及在大规模储能系统中的应用而受到广泛关注。然而,钠离子电池电流尖峰的能量密度仍然是一个严峻的挑战,阻碍了大规模的商业应用。硬质碳具有容量大(~330mAh g-1)、循环稳定性好、初始库仑效率高、成本低、前驱体材料天然丰度高等优点,是早期工业NIBs最有前途的阳极之一。

尽管人们已投入大量精力开发高性能的碳阳极材料,但在放电-充电曲线中的一致性通常呈现为两个不同的区域:在~0.1 V以上的斜坡区域和~0.1V以下的平坦区域。通常,平坦区比斜坡区具有更高的容量,高容量碳阳极往往显示出相当大比例的平坦区能力,这在一定程度上可以进一步提高全电池的能量密度。因此,设计和发现具有大比例平坦容量的碳阳极可能是提高NIBs能量密度的潜在途径。

最近,中国科学院物理研究所(IOP-CAS)胡永生教授的研究小组在1900℃的高温石墨炉中炭化一种双蜂窝状结构碳材料。该碳阳极表现出~400mAh g-1的高容量,高于目前硬质碳材料的~330mAh g-1容量。其总容量的85% (> 330 mAh g-1) 来源于低于~0.1V的长低电位平台,这与典型的NIBs硬碳材料的曲线不同。当它与空气中稳定的Na0.9Cu0.22Fe0.30Mn0.48O2层状阴极偶联时,可获得~240Wh kg-1的高能量密度,具有良好的倍率性能和循环稳定性。这种有前景的碳阳极的发现有望为大规模电能存储的高能量密度NIBs提供进一步研究基础。

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该阳极在半电池中的电化学性能。(a) 恒电流放电-充电曲线。(b) CV曲线。(c) 循环性能。(d)倍率性能。图片来源:中国科学出版社

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(a) 碳阳极和Na0.9Cu0.22Fe0.30Mn0.48O2阴极充放电电压分布示意图。碳阳极//Na0.9Cu0.22F0.30Mn0.48 O2全电池的电化学性能。(b) 充放电曲线。(c)倍率性能。(d) 循环性能。图片来源:中国科学出版社

原文题目:A new carbon material with Na storage capacity over 400mAh/g,原文来自:phys,由材料科技在线团队编译。


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