NML研究文章 | 氮掺杂TiO2-C复合纳米纤维:高容量长寿命钠离子电池负极材料

Nitrogen-Doped TiO2-C Composite Nanofibers with High-Capacity and Long-Cycle Life as Anode Materials for Sodium-Ion Batteries

Su Nie, Li Liu*(刘黎), Junfang Liu, Jianjun,Xie, YueZhang, Jing Xia, Hanxiao Yan, Yiting Yuan, Xianyou Wang

Nano-Micro Lett. (2018) 10:71

DOI:10.1007/s40820-018-0225-1

本文亮点

1  以绿色、廉价的尿素作为氮源和造孔剂,采用静电纺丝法成功地制备了具有高比表面积的氮掺杂TiO2-C复合纳米纤维。

2  氮掺杂TiO2-C复合纳米纤维作为钠离子电池负极材料展现了优异的电化学性能。

3  通过赝电容和钠离子扩散系数计算及XPS分析,解释了产生优异电化学性能的原因。

内容简介

环境友好、低成本、高性能、制备工艺简单是新能源电极材料进行商业化应用的重要前提。设计与构筑氮掺杂碳型复合电极材料,是一种提高电极材料导电性的有效方法。

然而,制备氮掺杂碳的传统方法大多需使用有毒气体(如N2/NH3混合气)在严苛的条件下将碳材料氮化,且氮化往往仅能发生在表面,或采用相对昂贵的富氮材料(如盐酸多巴胺等)高温碳化作为碳源,因此很难满足其生产要求。

湘潭大学刘黎教授等人以廉价、无毒的尿素作为作为氮源和造孔剂,利用简单的静电纺丝方法,成功制备出氮掺杂TiO2-C复合纳米纤维。

分析表明,碳纳米纤维中成功地掺杂了氮,且复合材料具有大的比表面积,从而有效提高了材料的钠离子扩散系数和赝电容对电化学性能的贡献。

氮掺杂TiO2-C复合纳米纤维作为钠电池负极材料,显示出了高的比容量、优异的循环性能与倍率性能,0.05 A/g下具有265.8 mAh/g左右的高放电容量,在5A/g的高电流密度下,循环2000次后放电容量仍有118.1 mAh/g且几乎没有衰减。

图文导读

1  TiO2-C NFs和TiO2/N-C NFs的形貌表征

图2. a) TiO2-C NFs,b) TiO2/N-C NFs 的SEM图;c) TiO2-C NFs,d) TiO2/N-C NFs的TEM图;e) TiO2/N-C NFs的EDS元素(C、N、Ti和O)面分布图,f) HRTEM图。

2  TiO2-C NFs和TiO2/N-C NFs的循环性能

图3. a) 在1 A/g电流密度下,TiO2-C NFs,TiO2/N-CNFs的循环性能; b) 电流密度在1 A/g时TiO2/N-C NFs电极的充放电曲线;c) 在0.05-5 A/g电流密度下,TiO2-CNFs,TiO2/N-C NFs电极的倍率性能;d) 在0.05-5 A/g电流密度下,TiO2/N-C NFs电极的充放电曲线;e) 在5 A/g电流密度下,TiO2/N-C NFs电极的循环性能。

不同氮含量下的TiO2/N–C NFs

图6. a-c)加入不同含量尿素制得的三个TiO2/N-C NFs样品的N 1s谱图;d)不同TiO2/N-CNFs样品的各种氮种类含量比例图;d) 不同氮种类存在示意图。

 

作者简介

  • 主要研究方向:

电化学、新能源材料、绿色电源的研发。主要围绕高性能锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等电极材料的设计合成、储能机制进行研究。

  • 个人主页:

http://hxxy.web.xtu.edu.cn:8081/teacher.aspx?id=146

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