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新型纳米超分级结构Ni/Porous-Ni/V2O5高性能储锂电极

发布时间:2021-09-13 12:27:01人气:
本文摘要:【章节】电化学储能作为一种平稳高效更容易运输的储能方式近年来早已了解人们的日常生活中。锂电池作为众多电化学储能方式的典型代表,在最近二十余年中,有关其的研究成果仍然层出不穷。研究人员一直致力于有关如何提高锂电池电化学性能的基础与应用于研究。 如何设计并制取出有具备高容量和能量密度、能量输入平稳以及可信寿命的锂电池负极材料这一话题一直是研究焦点,特别是在是近年来开始受到注目的具备纳米分级结构的免除粘接剂的新型电极材料的设计和制取十分具备挑战性。

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【章节】电化学储能作为一种平稳高效更容易运输的储能方式近年来早已了解人们的日常生活中。锂电池作为众多电化学储能方式的典型代表,在最近二十余年中,有关其的研究成果仍然层出不穷。研究人员一直致力于有关如何提高锂电池电化学性能的基础与应用于研究。

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如何设计并制取出有具备高容量和能量密度、能量输入平稳以及可信寿命的锂电池负极材料这一话题一直是研究焦点,特别是在是近年来开始受到注目的具备纳米分级结构的免除粘接剂的新型电极材料的设计和制取十分具备挑战性。【成果概述】近日,美国德克萨斯A&M大学(TexasA&MUniversity)机械工程系及材料科学与工程系Dr.HongLiang教授(通讯作者)设计并顺利制取出有了一种具备创新性的三维纳米超强分级结构的镍/孔阵镍/五氧化二钒纳米片(Ni/Porous-Ni/V2O5)复合材料。

当其必要用作锂电池负极材料时,皆展现出出有出色的电化学充放电循环性能,并且这种新型的电极材料需要任何有机粘接剂,大大提高了电化学性能并优化了电池组装有流程。最后,作者利用一系列分析手段展开了机理分析,结果表明这种新型电极材料的出色性能主要归功于三方面的协同效应:一是新型镍孔阵列集流体,二是具备纳米结构的五氧化二钒纳米片及其装配而出的微米花朵结构,三是具备创新性的无粘接剂技术制取电极。这些优点子集而出优势有助提升电极材料的电化学能量输入和循环稳定性。

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涉及成果日前以为题“SuperhierarchicalNickel–VanadiaNanocompositesforLithiumStorage”公开发表在美国化学会旗下的国际著名期刊ACSAppliedEnergyMaterials上,课题组博士生YuanYue为论文第一作者。【图文简介】图1Ni/Porous-Ni/V2O5复合材料的XRD晶体学密切相关图2Ni/Porous-Ni/V2O5复合材料及其对照组Ni/V2O5的扫描电镜图像(a)热处理后的Ni/Porous-Ni/V2O5较低倍率扫描电镜图像;(b)热处理前的Ni/Porous-Ni/V2O5较低倍率扫描电镜图像;(c)热处理后的Ni/Porous-Ni/V2O5高倍率扫描电镜图像;(d)热处理前的Ni/V2O5对照组样品较低倍率扫描电镜图像。图3Ni/Porous-Ni/V2O5复合材料及其对照组Ni/V2O5作为锂电池负极的电化学密切相关结果(a)Ni/Porous-Ni/V2O5在0.2C短距离循环100次过程中的充放电性能曲线;(b)Ni/V2O5在0.2C短距离循环100次过程中的充放电性能曲线;(c)Ni/Porous-Ni/V2O5和对照组Ni/V2O5在0.2C短距离循环100次时的比容量和库伦效率变化的对比;(d)Ni/Porous-Ni/V2O5和对照组Ni/V2O5在3.0C高速循环500次时的比容量和库伦效率变化的对比。

图4Ni/Porous-Ni/V2O5填充电极材料在100次充放电循环前后的形貌对比(a)Ni/Porous-Ni/V2O5在充放电循环之前的扫描电镜图像;(b)Ni/Porous-Ni/V2O5在0.2C短距离循环100次之后的扫描电镜图像【小结】作者通过非常简单的电化学沉积和水热制备方式,顺利制取出有了一种具备创新性的三维纳米超强分级结构的镍/孔阵镍/五氧化二钒纳米片(Ni/Porous-Ni/V2O5)复合材料,通过密切相关和分析这种三维纳米超强分级结构Ni/Porous-Ni/V2O5锂电池电极的性能优势,作者概括出有以下三点主要优点:1)该电极使用了新型Ni/Porous-Ni集流体,一集流体具备横向偏移的大量颗粒微米级多孔阵列结构,这种结构不利于提升集流体的比表面积并提高电子传输效率;(2)该电极的V2O5活性材料是一张新型的超薄二维纳米片结构,该结构可以大幅度提高活性材料的表面积并且增大锂离子在其中的扩散距离;(3)更为重要的是,该电极使用了精致的无粘接剂方式来装配活性材料和集流体,这种方式有效地防止了传统电池电极装配过程中使用有机粘接剂带给的一系列弊病,使得活性材料需要以颗粒但无一家人的理想方式密切产于在集流体表面,从而提高电化学传输性能和循环稳定性。上述成果和优点为下一步展开先进设备纳米材料储能电极的设计和制取获取了不切实际有效地的精致思路。


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