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科技工作者之家 2021-03-05
来源:纳米人
得益于高能量/功率密度,锂离子电池被广泛用于各种移动电气设备。但是,随着便携式电子产品和电动汽车的快速发展,人们对锂离子电池的循环寿命,能量/功率密度提出了更高的要求。固体电解质界面(SEI)的连续增长和材料破碎是阻碍Ge负极在锂离子电池中应用的根本原因。采用常规的碳涂层改性方法对于解决在充放电循环期间的Ge形变破碎具有一定的挑战。由于碳的化学稳定性和高熔点(3500 ℃),在原子尺度上进行Ge/C杂化同样具有挑战性。
近日,基于CO2和Mg2Ge的反应,四川大学郭孝东教授,吴振国副研究员报道了一种原子级杂化Ge-carbon电极材料的合成策略。
文章
1)将Ge粉和Mg粉充分混合,并在氩气(Ar)保护下的管式炉中于600 °C加热10 h以形成Mg2Ge合金。将温度升至630 ℃,然后引入CO2气体,CO2与Mg2Ge合金反应生成Ge,MgO和碳。将热处理后获得的材料为MN-GP-Ge/C/MgO。最后,用盐酸蚀刻MN-GPGe/C/MgO,然后离心,在50 ℃下真空干燥5 h,即获得MN-GP-Ge/C。
2)MN-GP-Ge/C独特的3D碳网络和微纳米梯度多孔结构提高了锂离子的传输效率,增强了抗应力变化的能力,并为体积膨胀提供了足够的空间。Ge被分成纳米颗粒(<10 nm)并均匀分布在碳纳米网上。
3)由于其独特的结构,MN-GP-Ge/C在低温下表现出优异的电化学性能。1000次放电/充电循环(2 A g-1(2-71次),4 A g-1(72-1000次))后,容量保持率为84%,可逆容量仍达到1127mAh g-1。在-20、-10和0 ℃的低温下,0.5 A g-1下的可逆容量分别为676 mAh g-1、972 mAh g-1和1151 mAh g-1。
4)测试表征结果表明,具有微纳梯度多孔结构的Ge/C原子尺度杂化材料可以有效地克服Ge负极的体积膨胀导致的材料失效。
这项研究为解决电极材料的体变形破坏问题提供了一种新思路。
参考文献
Zhiwei Yang, et al, Ge/Carbon Atomic-Scale Hybrid Anode Material: A New-Type Micro-Nano Gradient Porous Structure with High Cycling Stability, Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202102048
https://doi.org/10.1002/anie.202102048
来源:nanoer2015 纳米人
原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUxMDg4NDQ2MQ==&mid=2247544843&idx=7&sn=bef12a5b97c4720c82facc98dfbf0c12
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