我院王春剛教授研究團隊成果在ACS Nano發(fā)表
眾所周知，鋰離子電池（LIBs）已在便攜式電子設(shè)備等器件中大規(guī)模應(yīng)用。最近，由于金屬鈉含量高且成本低廉，使得鈉離子電池（SIBs）被廣泛關(guān)注。目前，已經(jīng)提出了許多策略來開發(fā)用于高性能LIBs和SIBs的負(fù)極材料。其中，由于具有低成本和高理論容量的紅磷（P）被認(rèn)為是LIBs和SIBs最有希望的負(fù)極候選物。然而，紅磷在放/充電過程中具有較差的電導(dǎo)率和巨大的體積變化，導(dǎo)致了較差的動力學(xué)、較大的極化和低的活性物質(zhì)利用率，以及容量急劇衰減。
然而，將紅磷與多孔碳材料結(jié)合既可以提高電導(dǎo)率又適應(yīng)了體積變化。但是單孔碳材料不能滿足要求，因為其負(fù)載紅磷的量不足和紅磷易滲透堵塞孔道，導(dǎo)致循環(huán)性能差和電極/電解質(zhì)接觸面積減小。雖然分級微介孔碳材料中的微孔不僅可以強力吸附紅磷納米顆粒，而且還可以將紅磷限制在納米級。但是大多數(shù)分級微介孔碳材料的微孔分布不均勻，導(dǎo)致紅磷納米顆粒的尺寸不均勻，在循環(huán)過程中易引起團聚。因此，在分級微介孔碳材料中形成均勻分布的微孔以獲得均勻的超細(xì)紅磷是提高其電化學(xué)性能的有效方法。
近日，東北師范大學(xué)的王春剛教授和Lu Li（共同通訊作者）聯(lián)合報道了一種可以大規(guī)模設(shè)計并合成具有超大孔體積（3.258 cm-3 g-1）的均勻分布的蜂窩狀分層微孔碳納米球（HHPCNS）的簡便方法。其中，超大的孔體積為負(fù)載紅磷及其體積膨脹提供了足夠的空間，并且微孔的均勻分布使紅磷能夠均勻地負(fù)載。所制備的HHPCNSs/P復(fù)合材料顯示出極高的容量（在0.1 A g-1時，LIBs和SIBs分別為2463.8和2367.6 mA h g-1）、出色的速率性能（在10 A g-1時，LIBs和SIBs分別為842.2和831.1 mA h g-1）和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在2和5 A g-1時，LIBs在1000次循環(huán)后分別為1201.6和938.4 mA h g-1，而SIBs在1000次循環(huán)后分別為1269.4和861.8 mA h g-1）。
此外，當(dāng)分別與LiFePO4和Na3V2(PO4)3正極組合使用時，鋰/鈉離子全電池顯示出高容量、優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能，從而揭示了HHPCNSs/P復(fù)合材料的實用性。這些優(yōu)異的電化學(xué)性能是由具有超大孔體積的蜂窩狀碳網(wǎng)絡(luò)、均勻分布的分級微介孔碳納米結(jié)構(gòu)、出色的電導(dǎo)率和納米結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而引起的，比目前已報道的用于LIBs和SIBs的P/C材料要好很多。該研究成果以題為“Encapsulating Red Phosphorus in Ultralarge Pore Volume Hierarchical Porous Carbon Nanospheres for Lithium/Sodium-Ion Half/Full Batteries”發(fā)布在國際著名期刊ACS Nano上。
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