中南大学:低成本无烟煤为原料制备碳材料,用于钠离子电池
成果简介
碳作为一种有前途的商业材料,在钠离子电池(SIB)中的应用引起了很多关注。但是,它们的能量存储机制仍然令人困惑,尤其是酯/醚基电解质的作用。天然煤因其丰富的资源和低廉的成本而具有吸引力,一直被视为重要的候选者。本文,中南大学葛鹏副教授团队在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Tailoring natural anthracite carbon materials towards considerable electrochemical properties with exploration of ester/ether-based electrolyte”的论文,研究以天然无烟煤为前驱体,通过控制碳化温度制备了一系列碳材料(O,S掺杂碳),表现出薄的石墨化微晶和较大的层间距离。经过优化过程,所得样品显示出相当大的储能能力。
作为一个SIB阳极,优化后的样品在酯基电解质中的容量为252 mA h g-1,在醚基系统中的容量为325 mA h g-1。通过详细分析可以证实,相对较小的溶解能量会诱导吸附行为的增强。柔性的Na溶剂化壳层削弱了石墨化夹层和致密环结构中的结合能,从而提高了容量。更重要的是,在醚基溶剂化壳的帮助下,降低了准金属Na和碳原子之间的强力,即使在高电流密度下也能稳定低压容量贡献。鉴于此,研究结果有望为深入了解钠离子与溶剂化壳的扩散提供深入的研究,并为天然煤基碳材料提供有效的策略。
图文导读
图1、煤基材料理化性质探索
图2、用于从BET和SAXS模式分析闭孔和比表面积
图3 、形态和元素分布
图4、所得样品的电化学特性
图5、倍率能力
图6、动力学行为探索
图7、循环后EIS和TEM图像
图8、对于WYM-1000样品与O3型NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2,全电池的相对机制(a),阴极的XRD图案(b)和SEM图像(c),充放电平台(d)和循环稳定性(e)。
小结
在此,低成本的无烟煤被用作前驱体,通过短期加工形成具有实用前景的碳材料。这项工作有望加深对钠离子移动行为和钠溶剂化壳的理解,并为天然煤先进碳材料提供设计策略。
文献:
https://doi.org/10.1039/D2TA09704D
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