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(a)制备过程示意图;
(b)SEM照片;
(c-d)TEM照片(插图为NaFePO4颗粒尺寸分布);
(e)高分辨TEM照片(插图为选区电子衍射);
(f)EDS mapping元素分布图。
图2:NaFePO@C纳米纤维的比表面积、多孔性、成分、价态表征
(a)N2吸脱附曲线(插图为孔径分布);
(b)XPS全谱以及高分辨(c)Fe 2p,(d)N 1s,(e)C 1s XPS谱图;
(f)碳阵中氮掺杂位置示意。
图3:NaFePO@C正极材料的电化学储钠性能与机理研究
(a)20 mA g-1电流密度下的充放电曲线;
(b)0.1 mV s-1扫速下的循环伏安曲线;
(c)20 mA g-1下的循环性能;
(d)前两周内不同充放电状态下的非原位XRD谱图;首周(e)完全充电态与(f)完全放电态的高分辨TEM照片(插图为选区电子衍射);
(g)磷铁钠矿NaFePO4到无定型相的结构转变示意。
图4:NaFePO@C正极材料的倍率、长循环性能表征
(a)倍率性能;
(b)与已报道的NaFePO4基正极材料对比;
(c)0.1到2.0 mV s-1扫速下的循环伏安曲线以及(d)相应的峰电流与扫速平方根之间的线性关系图;
(e)5 C倍率下的长循环性能(1 C = 150 mA g-1)。
图5:以NaFePO@C纳米纤维正极材料与纯碳纳米纤维负极材料组装的全电池性能测试
在1.0-4.0 V电压窗口内,0.5 C倍率下的(a)充放电曲线和(b)循环性能(基于正极活性质量),插图显示了组装的软包全电池持续点亮10盏LED灯。
【小结】
该研究成果报道了一种将超小NaFePO4纳米粒子(约1.6 nm)均匀嵌入多孔氮掺杂碳纳米纤维的制备方法;揭示了超小纳米尺寸效应以及高电位脱钠过程能够将通常认为是电化学非活性的磷铁钠矿相NaFePO4转变为高活性的无定型相;显著提升了NaFePO4储钠正极材料的可逆容量,倍率性能和循环稳定性。
【论文链接】
Yongchang Liu, Ning Zhang, Fanfan Wang, Xiaobin Liu, Lifang Jiao, Li-Zhen Fan,* Approaching the Downsizing Limit of Maricite NaFePO4 toward High-Performance Cathode for Sodium-Ion Batteries, Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801917.
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