充電機(jī)充電碘-碳蓄電池完成離子插層與氧化復(fù)原機(jī)制的一致性分析
【導(dǎo)言】
海水中的碘儲(chǔ)量豐厚、富集工藝?yán)暇殹r(jià)格低廉,展現(xiàn)出了廣闊的充電機(jī)充電蓄電池使用前景。充電機(jī)充電鋰/鈉-碘蓄電池作為高容量、綠色、高效的新式二次充電機(jī)充電蓄電池,是潛在的高功用儲(chǔ)能充電機(jī)充電蓄電池,但現(xiàn)在仍需探究和開(kāi)展高效、高導(dǎo)電、安穩(wěn)負(fù)載的碘基正極資料。研討發(fā)現(xiàn)三維導(dǎo)電多孔碳網(wǎng)絡(luò)的引進(jìn)能夠經(jīng)過(guò)離子插層有用地進(jìn)步充電機(jī)充電蓄電池的容量,但是調(diào)理離子插層與氧化復(fù)原反響機(jī)制來(lái)進(jìn)步全充電機(jī)充電蓄電池的可充功用仍具挑戰(zhàn)性。因而,為克服電極反響動(dòng)力學(xué)差異并進(jìn)步充電機(jī)充電蓄電池功用,開(kāi)展離子插層與氧化復(fù)原兩種機(jī)制一致的電極資料十分必要。
【效果簡(jiǎn)介】
近來(lái),山東大學(xué)的張進(jìn)濤教授和美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)戴拂曉教授(共同通訊作者)等人在Nature Communications上宣布最新研討效果 “A rechargeable iodine-carbon battery that exploits ion intercalation and iodine redox chemistry”。在該文中,研討者以植酸摻雜聚苯胺潤(rùn)飾的無(wú)紡布作為前驅(qū)體,制備得到自支撐、柔性氮磷共摻雜的層狀多孔石墨化碳微觀體(HPCM-NP),并使用此導(dǎo)電HPCM-NP為基體資料負(fù)載碘制得無(wú)集流體、無(wú)粘結(jié)劑、自支撐的含碘陰極復(fù)合資料。HPCM-NP中雜原子摻雜的多孔石墨化碳骨架不僅為碘的負(fù)載供給了空間,而且產(chǎn)生了有用的電子離子傳輸通道,有利于完成碘的氧化復(fù)原反響和碳資料的離子插層,使得充電機(jī)充電蓄電池具有優(yōu)異的電化學(xué)功用。離子的插層與碘的氧化復(fù)原反響儲(chǔ)能機(jī)制的結(jié)合構(gòu)筑了可充充電機(jī)充電碘-碳蓄電池,以碳資料替代常規(guī)鋰鈉金屬負(fù)極,極大地進(jìn)步了充電機(jī)充電蓄電池的安全安穩(wěn)性,這種廉價(jià)環(huán)保的碳基混合離子全充電機(jī)充電蓄電池為未來(lái)大規(guī)模儲(chǔ)能器材開(kāi)展供給了新方向。
【圖文導(dǎo)讀】
HPCM-NP的制備與碘的負(fù)載
(a)堆積PANi、退火、負(fù)載碘的進(jìn)程示意圖;
(b)HPCM-NP實(shí)物相片;
(c,d)HPCM-NP SEM圖片;
(e,f)HPCM-NP TEM圖片;
(g)負(fù)載碘的HPCM-NP SEM圖與元素散布圖。
碘-碳復(fù)合物的組分表征與安穩(wěn)性剖析
(a)不同品種碳吸附的碘質(zhì)量分?jǐn)?shù)與吸附時(shí)刻的聯(lián)系曲線;
(b)不同碘吸附量的HCPM-NP N2吸附-脫附曲線;
(c)不同碘吸附量的HCPM-NP孔尺度散布曲線;
(d)I2-HCPM-NP高分辯XPS曲線;
(e)純碘與碘碳復(fù)合物(碘含量40%)的熱重剖析曲線;
(f)不同碘含量的I2-HCPM-NP復(fù)合物熱重剖析曲線;
(g) 碘吸附在石墨烯(Ⅰ)、N摻雜石墨烯(Ⅱ)、P摻雜石墨烯(Ⅲ)、N/P共摻雜石墨烯(Ⅳ)時(shí)模擬結(jié)構(gòu)的差分電荷密度。
圖 不同碘陰極構(gòu)筑的Li-I2 充電機(jī)充電蓄電池電化學(xué)功用
(a)循環(huán)伏安曲線;
(b)充充電機(jī)充電蓄電池放電曲線;
(c)相同碘負(fù)載量時(shí)不同碘-碳復(fù)合資料的充電機(jī)充電蓄電池放電比容量;
(d)倍率特性圖;
(e)循環(huán)安穩(wěn)性圖。
以I2-HCPM-NP為陰極資料的Na-I2充電機(jī)充電蓄電池電化學(xué)功用
(a)Na-I2充電機(jī)充電蓄電池CV曲線;
(b)Na-I2充電機(jī)充電蓄電池充充電機(jī)充電蓄電池放電曲線;
(c,d)充充電機(jī)充電蓄電池放電曲線與不同充充電機(jī)充電蓄電池放電狀態(tài)下的原位拉曼表征。
碘-碳復(fù)合物全充電機(jī)充電蓄電池電化學(xué)功用
(a)LiTFSI電解質(zhì)中I2-HPCM-NP//HCPM-NP充電機(jī)充電蓄電池充充電機(jī)充電蓄電池放電曲線;
(b)NaClO4電解質(zhì)中I2-HPCM-NP//HCPM-NP充電機(jī)充電蓄電池充充電機(jī)充電蓄電池放電曲線;
(c)不同情況下的表面贗電容(氧化復(fù)原)的奉獻(xiàn);
(d)I2-HPCM-NP//Li4Ti5O12全充電機(jī)充電蓄電池不同電容密度下充充電機(jī)充電蓄電池放電曲線;
(e,f)不同類(lèi)型全充電機(jī)充電蓄電池的倍率特性圖;
(g,h)不同類(lèi)型全充電機(jī)充電蓄電池的循環(huán)安穩(wěn)性;
(i)全充電機(jī)充電蓄電池的能量比較圖。
【小結(jié)】
在這項(xiàng)工作中,研討者制備了3D自支撐氮磷共摻雜碳微觀體,異元素?fù)诫s的多孔碳骨架有利于碘的高含量負(fù)載而構(gòu)成自支撐碘-碳電極資料,基于該陰極資料的Li-I2充電機(jī)充電蓄電池與Na-I2充電機(jī)充電蓄電池具有高充電機(jī)充電蓄電池放電容量、高倍率特性、優(yōu)異的循環(huán)安穩(wěn)性。碘的氧化復(fù)原反響與碳資料離子插層機(jī)制的結(jié)合使得碘-碳全充電機(jī)充電蓄電池表現(xiàn)出高容量(高達(dá)217/182 mAh g-1)與優(yōu)異的循環(huán)安穩(wěn)性(500 mA g-1 時(shí),76.7%@500圈/69.8%@300圈)。此研討工作為開(kāi)展新式充電機(jī)充電碘-碳蓄電池,為完成安全、廉價(jià)可充充電機(jī)充電蓄電池的制備供給了新思路,并拓寬了功用碳資料的相關(guān)使用。
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