中科大合成复合负极材料显著提升钠离子电池性能-北极星储能网

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斜方晶相Nb₂O₅被认为是一种潜在的钠离子电池用负极材料，因为其可以可逆的嵌入大量钠离子同时结构稳定不易破坏。但是低电导率的固有缺陷导致较低的可逆容量和较差的循环稳定性。

近日，来自中国科学技术大学的余彦教授团队采用静电雾化沉积技术(ESD)合成了一种基于Nb₂O₅的自支撑三维多孔Nb₂O₅@Carbon复合材料，用作钠离子电池负极时，显著提升了Nb₂O₅的循环稳定性及倍率性能。相关成果以“An Interpenetrating 3D Porous Reticular Nb₂O₅@Carbon Thin Film for Superior Sodium Storage”为题发表在了Nano energy上。

图1 ：

(a)：静电雾化沉积制备三维Nb2O5@Carbon复合材料示意图

(b)：三维Nb2O5@Carbon复合材料钠离子及电子传输示意图

研究人员将草酸铌溶于水(10 vol.%)、1,2-丙二醇(40 vol.%)、甘油(40 vol.%)的混合液中，在缓慢的推力下，溶液慢慢挤出，经高电压雾化沉积在300℃的三维多孔泡沫镍集流体上，再经惰性气氛煅烧即制备了三维Nb2O5@Carbon复合材料。同时作为对比，调节前驱体液体，仅去除甘油，其余步骤一致制备了Nb2O5材料。

图2 ：

(a)：三维Nb2O5@Carbon复合材料XRD表征

(b)：三维Nb2O5@Carbon复合材料拉曼测试

(c)：三维Nb2O5@Carbon复合材料TG测试

(d)：三维Nb2O5@Carbon复合材料XPS测试

图3 ：

(a-c)：三维Nb2O5@Carbon复合材料SEM形貌

(d)：三维Nb2O5@Carbon复合材料TEM形貌

图4 ：

(a)：0.5C倍率下，Nb2O5@Carbon/Na半电池前三圈充放电曲线

(b)：Nb2O5@Carbon/Na半电池CV测试曲线

(c)：0.5C倍率下，Nb2O5@Carbon/Na半电池与Nb2O5/Na半电池循环稳定性对比

(d)：Nb2O5@Carbon/Na半电池与Nb2O5/Na半电池倍率性能对比

(e)：10C倍率下，Nb2O5@Carbon/Na半电池长循环测试

(f)：0.5C倍率下循环500圈后，Nb2O5@Carbon形貌

图5 ：

(a)：Na3V2(PO4)3//Nb2O5全电池充放电机理示意图

(b)：Na3V2(PO4)3//Nb2O5@Carbon全电池不同倍率下充放电曲线

(c)：Na3V2(PO4)3//Nb2O5@Carbon全电池倍率测试

(d)：Na3V2(PO4)3//Nb2O5@Carbon全电池循环稳定性测试

实验发现，三维Nb2O5@Carbon负极材料具有杰出的电化学性能，具体参考图4图5。研究人员认为性能的提高归因于Nb2O5与含碳基质之间的协同效应，3D多孔网状结构促进了离子/电子的扩散，同时抑制了钠离子嵌入/脱出过程中的体积变化。

参考文献：An Interpenetrating 3D Porous Reticular Nb2O5@Carbon Thin Film for Superior Sodium Storage，Nano energy，2018，DOI：10.1016/j.nanoen.2018.04.006.

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原标题：中科大Nano energy:钠离子电池用自支撑三维多孔网状负极材料

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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