1. 首页
  2. 钠离子型

TiO2@MoO2-C高赝电容储钠

引      言

优越的倍率性能和循环性能始终是钠离子电池研究的目标,而阻碍达成这目标的主要原因是不良的反应动力学和充放电过程体积膨胀。其中,在钠离子电池中引入赝电容电荷储存方式是解决动力学迟滞和良好的倍率性能的有效途径。具有分层结构超细纳米的电极材料(<5nm)能缓解体积膨胀,提高循环稳定性。因此,具有赝电容特性的材料(MoS2,MoO2,V2O5,TiO2)和设计超细、分层结构的材料备受人们关注。TiO2@MoO2-C高赝电容储钠

图1 TiO2@MoO2-C的合成示意图以及储钠机理图。

成果简介

近期,大连理工大学邱介山教授等人通过巧妙的设计,把镶嵌在碳基质的MoO2纳米颗粒包覆在TiO2纳米管簇上,得到TiO2@MoO2-C复合材料,作为钠离子电池负极,表现出良好的电化学性能。此成果发表在国际期刊Adv. Energy Mater.上。

TiO2@MoO2-C高赝电容储钠

图2 (a)电流密度50mA/g,TiO2@MoO2-C前三圈充放电曲线图;(b)电流密度1A/g下,TiO2,MoO2-C和TiO2@MoO2-C的循环性能图;(c)电流密度5A/g和10A/g下,TiO2@MoO2-C的循环性能图;(d)不同电流密度下,TiO2,MoO2-C和TiO2@MoO2-C的倍率性能图;(e)不同电流密度下,TiO2@MoO2-C的充放电曲线图。

作为钠离子电池负极,TiO2@MoO2-C表现出高的储钠性能,超长的循环性能和优越的倍率性能。在电流密度1A/g下,循环500次后,比容量为210 mAh/g;在高电流密度10A/g下,循环10000次,容量无明显衰减。在电流密度10A/g和20A/g下,比容量为110和76 mAh/g。

TiO2@MoO2-C高赝电容储钠

图3 不同扫描速率下,在TiO2@MoO2-C电极中,电容对电荷储存的贡献。(a)0.1,(b)0.2(c)0.5,(d)1,(e)5和(f)10 mV/s。

机制分析

作者通过不同扫描速率下的CV图,分析了赝电容在TiO2@MoO2-C电极电化学性能中的贡献。结果证明,随着扫速的增加,赝电容的贡献也随之增加。短的离子扩散路径和快速的电子转移提高赝电容,也提高TiO2@MoO2-C电极的倍率性能。最后,作者还进一步解释TiO2@MoO2-C电极电化学拥有如此优越的额电化学性能的原因,独特的棒状核-壳纳米结构和超细MoO2纳米颗粒不仅可以明显降低离子扩散长度,而且缓解充放电过程中体积膨胀。碳基质作为导电骨架和TiO2纳米管簇作为电缆芯,加快电荷转移速度。

材料制备过程:

TiO2纳米管簇前驱体的制备:将0.4g P25溶于60mL NaOH(10M)溶液,然后转移到80ml反应釜中,搅拌,130℃反应24h。冷却后,用去离子水洗涤至PH=9,,再用稀释的HNO3洗涤至PH=7,最后烘干,备用。TiO2@MoO2-C,MoO2-C和TiO2的制备:将100mg TiO2纳米管簇前驱体溶于80ml去离子水中,超声15min;将800mg(NH4)6Mo7O24·4H2O和200mg多巴胺溶于上述溶液;再加入150ml乙醇,搅拌5min;最后加入1.2ml氨水(28%–30%),反应1.5h。通过用乙醇离心洗涤两次并在50℃下真空干燥10小时,最后在氩气气氛下,升温速率为5 °C/min,750°C下煅烧3h,得到TiO2@MoO2-C。在没有加入TiO2纳米管簇前驱体下,制备出MoO2-C;通过煅烧TiO2纳米管簇前驱体得到TiO2

参考文献:

ChangtaiZhao, Chang Yu, Mengdi Zhang, Huawei Huang, Shaofeng Li, Xiaotong Han, ZhibinLiu, Juan Yang, Wei Xiao, Jianneng Liang, Xueliang Sun, and Jieshan Qiu. Ultrafine MoO2-Carbon Microstructures Enable Ultralong-Life Power-Type Sodium Ion Storageby Enhanced Pseudocapacitance, Adv. Energy Mater. 2017, DOI:10.1002/aenm.201602880.

本文由能源学人编辑wwl发布整理,非特别说明为独家版权,转请注明出处:https://nyxr-home.com/11493.html

参考文献:

联系我们

15521390112

邮件:nyxrtg@163.com

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息

QR code