三維多孔結(jié)構(gòu)磷酸釩鈉正極材料
2015年12月11日 11:1 10500次瀏覽 來源： 新材料在線 分類： 新材料前沿
相比于鋰離子電池，鈉離子電池由于鈉資源豐富、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，有望在大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域（如電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)等）得到廣泛應(yīng)用。在眾多的鈉離子電池正極材料中，NASICON結(jié)構(gòu)的磷酸釩鈉（Na3V2(PO4)3）正極材料，由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作電壓高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。然而，該材料的電子電導(dǎo)率較低，限制了它的電化學(xué)性能。
針對(duì)這一問題，新加坡南洋理工大學(xué)顏清宇（Yan Qingyu）教授、Eileen Fong教授、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)余彥教授、安徽工業(yè)大學(xué)芮先宏教授及其研究團(tuán)隊(duì)合作，通過生物化學(xué)法和冷凍干燥法設(shè)計(jì)構(gòu)筑了三維多孔Na3V2(PO4)3@C/CAs和Na3V2(PO4)3@C@rGO復(fù)合正極材料，顯著提高了材料的導(dǎo)電性以及電化學(xué)特性。Na3V2(PO4)3@C/CAs是由納米纖維相互交織而構(gòu)成的三維多孔泡沫結(jié)構(gòu)，且每根納米纖維鑲嵌著許多碳包覆的Na3V2(PO4)3顆粒（100-200 nm）。三維多孔Na3V2(PO4)3@C@rGO復(fù)合材料的特征是50-200 nm碳包覆（厚度約5 nm）的Na3V2(PO4)3顆粒均勻嵌入在石墨烯基體中。這兩種獨(dú)特的三維多孔結(jié)構(gòu)不僅為鈉離子和電子的存儲(chǔ)、傳輸提供了有效的空間和路徑，還可以有效地抑制電極材料充放電過程中的體積變化、防止其團(tuán)聚，最終減少了電極材料極化和電池內(nèi)阻，最終可以大大提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。例如，電化學(xué)性能測試表明：Na3V2(PO4)3@C@rGO復(fù)合材料在低倍率下的可逆容量接近其理論容量（118 mA h g-1）且在循環(huán)過程中幾乎沒有容量衰減；在大倍率100 C下，可逆容量仍然能夠達(dá)到86 mA h g-1且經(jīng)過10000次循環(huán)之后維持在55 mA h g-1左右。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.5b00932）和Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201502864）上。
三維多孔結(jié)構(gòu)磷酸釩鈉表現(xiàn)出的長循環(huán)壽命和快速充放電性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。該工作也為今后高性能鈉離子電池電極材料的設(shè)計(jì)構(gòu)筑提供了一種新的思路。
責(zé)任編輯：淮金
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