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硫掺杂石墨烯可用于高性能钠离子电池负极材料

2018-05-24 11:18
来源: 材料牛

引言

随着现代生活中对可携带式电子设备和大规模能量储存装置的需求不断提高,“后锂离子电池” 代表性新体系的钠离子电池(Na-ion batteries, NIBs)受到了广泛的瞩目。钠离子资源在地壳分布即丰富、又均匀、成本低廉、可快速充放电性能等优点。但是钠离子的体积比锂离子大,传统的锂电池负极材料“石墨”不能在钠离子电池体系中工作。所以需要开发出能用于钠离子电池的负极材料。

成果简介

近日,延边大学权波博士(第一作者)和韩国首尔国立大学电化学能源研究团队合作在国际期刊Advanced Science《尖端科学》上在线发表了题为“Solvothermal‐Derived S‐Doped Graphene as an Anode Material for Sodium‐Ion Batteries”的文章。文章利用一种新型热处理法制备出硫掺杂石墨烯,并用于钠离子电池负极材料。此类新型热处理工艺制备出的硫掺杂石墨烯具有较大的层间距(~0.4 nm)、更高的无序度、和较大的比表面积(308 m2 g?1)。作为负极材料在电流密度100 mA g?1下循环300次后还保持380 mAh g?1 的比容量。即使在2.0 A g?1 大电流密度下充放电,循环1000次还保持263 mAh g?1 的比容量。此研究提供了制备碳基钠离子电池负极材料的新策略。

图 1热处理法制备的硫掺杂石墨烯的形貌分析

硫掺杂石墨烯可用于高性能钠离子电池负极材料

(a)二甲基亚砜和硫掺杂石墨烯

(b)扫描电子显微镜图

(c)投射电子显微镜图

(d)高倍投射电子显微镜图

(e)电镜能谱分析

图 2 表征

硫掺杂石墨烯可用于高性能钠离子电池负极材料

(a-b) X射线光电子能谱分析

(c) 拉曼光谱分析

(d) X射线衍射分析

图 3  电化学性能分析

硫掺杂石墨烯可用于高性能钠离子电池负极材料

(a-b)充放电曲线

(c-d)循环伏安曲线

(e)不同电流密度下的循环性能图

图 4  电化学性能分析

硫掺杂石墨烯可用于高性能钠离子电池负极材料

(a)倍率性能图

(b)长循环图

小结

本文通过新型热处理法合成了富缺陷、含硫量高、层间距大的硫掺杂石墨烯。利用实验室常用的有机溶剂,二甲基亚砜(DMSO),为前驱体在高温高压条件下反应,制备出了硫原子掺杂的布形状二维纳米碳材料。实验结果表明硫掺杂碳材料作为储能材料表现出了良好的性能。这种合成战略产量较高、成本较低,为新能源相关炭材料合成提供了新的思路和方向。

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