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图1 FVO纳米片的晶体结构、形貌表征。a) FVO纳米颗粒的SEM图像;b) FVO纳米片的SEM图像;c) FVO纳米片的TEM图像;d) FVO纳米片的HRTEM图像;e) FVO纳米颗粒和FVO纳米片的XRD图谱;f)FVO纳米颗粒和FVO纳米片的FTIR图谱
图2 FVO纳米片的储锂机理。a) FVO纳米片和纳米颗粒的在0.5 mV/s扫速下的循环伏安图;b) FVO纳米片在1.0 mV/s扫速下的循环伏安图;c) FVO纳米片在充放电过程中的非原位XRD图谱及对应的d200值的变化
图3 FVO纳米片以及纳米颗粒的储锂的动力学分析。a) FVO纳米片在不同扫速下的CV图;b) 非晶的FVO纳米颗粒在不同扫速下的CV图;c) FVO纳米片及纳米颗粒在0.5 mV/s下的CV图(阴影部分为电容性贡献);d) FVO纳米片及纳米颗粒在不同扫速下的容量区分图。
图4 FVO纳米片和纳米颗粒的储锂性能。a) FVO纳米片和纳米颗粒在0.1 A/g的电流密度下的充放电曲线;b) FVO纳米片和纳米颗粒的倍率性能;c) FVO纳米片与其他性能优异的钒基电极倍率性能比较;d) FVO纳米片和纳米颗粒在10 A/g的电流密度下的循环性能。
该工作利用简单的共沉淀方法合成了一种新型钒酸盐材料并深入研究了其储锂机理。通过非原位XRD的表征,发现FVO在充放电过程中不会发生相变,只有约为1.1%的层间收缩/伸张,这主要得益于FVO纳米片较宽的层间距(10.51 Å)可容纳大量的锂离子,同时提供了较低的嵌入能垒,促进了锂离子的快速赝电容型反应。不同扫速下CV的动力学分析,表明FVO纳米片中赝电容行为贡献了70%的容量,因此导致了高比容量与高倍率性能(在0.1, 1 and 20 A g-1的电流密度下分别表现了350,273,90 mAh/g的比容量)。该工作为开发新一代兼具高能量密度与高功率密度锂离子电池的研究提供了新的思路,展现了具有赝电容型电极材料的广阔应用前景。
该工作得到国家重点研究发展计划(2016YFA0202603),国家基础研究计划(2013CB934103),学科创新引智基地(B17034),国家自然科学基金(51521001)等支持。
QiulongWei (第一作者), Qinqin Wang, Qidong Li, Qinyou An (共同通讯),Yunlong Zhao, Zhuo Peng, Yalong Jiang, Shuangshuang Tan, Mengyu Yan, LiqiangMai (通讯作者), "Pseudocapacitive Layered Iron Vanadate Nanosheets Cathode for Ultrahigh-Rate Lithium Ion Storage", Nano Energy. DOI:10.1016/j.nanoen.2018.02.028
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