石嵌入孔扩展石墨作为离子电池阳极,具有更高的速率能力

科学领域:

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背景情况:

• (Bi) 是离子电池 (SIB) 的一个有希望的阳极材料,因为它具有很高的理论体积容量.
• 然而,Bi 阳极在循环过程中遭受了显著的体积膨胀和不稳定的固体电解质相间形成.
• 膨胀石墨 (EG) 可以减轻体积变化,但Bi@EG复合材料中缓慢的Na+动力学仍然是一个挑战.

研究的目的:

• 为SIB开发新的基于Bi的阳极材料,以提高电化学性能.
• 为了研究石纳米粒子和霍利扩展石墨 (hEG) 结构的协同效应.
• 评估作为SIB阳极开发的复合材料的速率能力和循环稳定性.

主要方法:

• 一系列不同成分的Bi_x@EG_1-x和Bi_x@hEG_1-x复合物的合成.
• 复合材料作为SIB中的阳极的电化学表征,包括静电循环和速率测试.
• 使用优化的Bi_0.6@hEG_0.4阳极和Na₃V₂(PO₄) ₃阴极,制造和测试一个完整的SIB电池.

主要成果:

• 该Bi_0.6@hEG_0.4复合材料表现出优越的储存性能.
• 实现了特殊的速率能力:232.0 mAh g^{-1 在10 A g-1 和206.3 mAh g-1 在20 A g-1 .}
• 证明了出色的循环稳定性,可逆容量为234.9mAhg-1在5Ag-1 (4000次循环后) (93.5%的保留率).
• 完整电池 (NVP//Bi_0.6@hEG_0.4) 在1°C时提供了初始容量102.1 mAh g^{-1并且在900次10°C循环后维持了86.7 mAh g-1 (84.9%的保留率).}

结论:

• 生物纳米粒子和hEG结构之间的协同效应有效地提高了储存性能.
• Bi_0.6@hEG_0.4是高性能离子电池的一个非常有前途的阳极材料.
• 开发的复合阳极为推进SIB技术提供了一个可行的策略.