NML研究文章 | 新型钠离子电池负极—Bi2Se3/C纳米复合材料

【引言】

钠离子电池由于其原料丰富且价格低廉引起了人们的广泛关注。然而,高能密度负极材料的缺乏阻碍了SIBs的进一步发展。合金类负极材料,如Sn, Sb, Bi等与Na+形成的合金具有较高的理论电容比(>300mAh/g),远高于碳基和Ti基材料。但是,较大的体积膨胀是这些金属与Na+合金时的主要问题。而Bi与Na+合金时体积膨胀较小,因此各种Bi基化合物被用于储能研究。Bi2Se3具有较高的理论体积电容量(3667mAh/cm3)和本征导电性,Bi2Se3已被用于锂离子电池并表现出优异的电化学储能特性。然而,Bi2Se3用于SIBs负极材料的研究还未见报道。


本文亮点

1  研究了一种新型钠离子电池(SIBs)负极材料Bi2Se3

2   详细研究了负极材料Bi2Se3的嵌钠-脱钠机制。

3   Bi2Se3/C纳米复合电极具有优异的循环稳定性。


内容简介

 

休斯顿大学的Shuo Chen和Yan Yao等人用简单的高能球磨法合成了Bi2Se3/C纳米复合材料。将其用于SIBs负极材料,表现出优异的循环性能和倍率性能:0.1 A/g下初始可逆容量高达527mAh/g;循环100次后仍能达到89%。该研究为进一步开发优异的SIBs负极材料提供了新思路和新方法。

图文导读

1  Bi2Se3和Bi2Se3/C结构和形貌

XRD图谱显示球磨Bi2Se3和Bi2Se3/C均为三斜晶系,用C球磨6小时后,Bi2Se3/C的峰变宽,表明形成了较小的纳米晶体。

SEM图和TEM图进一步显示,由于C的分离作用使得Bi2Se3/C纳米复合材料与纯Bi2Se3/相比,粒径更小。

2  Bi2Se3/C电极的电化学性能

CV曲线的良好重叠性表明Bi2Se3/C电极高度可逆的Na+存储动力学。

Bi2Se3和Bi2Se3/C的CV曲线具有相同的特征,这说明C的加入不影响Bi2Se3的硫化过程(见图a)。

图d表明Bi2Se3/C作为SIBs负极材料具有优良的倍率性能。

3   Bi2Se3/CBi2Se3电极的反应动力学

通过电化学阻抗(EIS)图谱揭示了Bi2Se3和Bi2Se3/C电极的反应动力学,Bi2Se3/C电极的Rct从661.4降至81.4Ω,而Bi2Se3电极在循环后Rct会增加;Bi2Se3电极的Rf增加了19.9Ω,这远高于Bi2Se3/C的6.8Ω。图b-d表明快电容过程发生在储Na+期间,从而使Bi2Se3/C电极具有较高额定容量。

作者简介

研究领域:

纳米材料的合成及其原位和非原位检测;

纳米材料在热能和电化学能量转化及储存方面的应用。

主页链接:

http://www.uh.edu/nsm/physics/people/profiles/shuo-chen/


研究领域:

能量储存与转化装置;

高能密度锂离子电池、太阳能电池和催化剂纳米材料。

主页链接:

http://yaoyangroup.com/


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