Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Синтез NiCo2O4, подобного морскому ежу, с помощью стратегии заряженной самосборки для высокоэффективных литий-ионных батарей

Аннотация

В этом исследовании гидротермальный синтез морского ежа NiCo 2 О 4 была успешно продемонстрирована универсальной стратегией самосборки под действием заряда с использованием положительно заряженных молекул поли (диаллидиметиламмонийхлорида) (PDDA). Физические характеристики показали, что похожие на морских ежей микросферы размером ~ 2,5 мкм были сформированы путем самосборки множества наноигл с типичным размером ~ 100 нм в диаметре. Исследование электрохимических характеристик подтвердило, что NiCo 2 , подобный морскому ежу О 4 продемонстрировал высокую обратимую емкость 663 мАч g −1 после 100 циклов при плотности тока 100 мА г −1 . Возможности скорости показали, что средняя емкость составляет 1085, 1048, 926, 642, 261 и 86 мАч г −1 может быть достигнуто при 100, 200, 500, 1000, 2000 и 3000 мА г −1 , соответственно. Превосходные электрохимические характеристики были приписаны уникальной микро / наноструктуре NiCo 2 , подобной морскому ежу. О 4 , созданный положительно заряженными молекулами PDDA. Предлагаемая стратегия имеет большой потенциал в разработке бинарных оксидов переходных металлов с микро / наноструктурами для электрохимических накопителей энергии.

Введение

Шпинель, никель, кобальтит (NiCo 2 О 4 ) является одним из наиболее важных бинарных оксидов переходных металлов (TMO) с широким применением в электрокаталитическом расщеплении воды, суперконденсаторах, материалах для аккумуляторов и т. д. [1,2,3,4,5,6,7]. В частности, шпинель NiCo 2 О 4 , имеющий теоретическую удельную емкость (890 мАч г −1 ), могут быть использованы в качестве перспективных анодных материалов большой емкости для электрохимического накопления лития благодаря более высокой электропроводности и электрохимической активности, чем монометаллические оксиды (Co 3 О 4 и NiO) [8, 9]. Однако производительность литиевого накопителя NiCo 2 О 4 сильно зависел от четкой структуры и морфологии, что оказало значительное влияние на стабильность и скорость езды на велосипеде.

В последние годы различные NiCo 2 О 4 с интересной морфологией, включая нанопроволоки [10], нанолисты [11], нано-хлопья [12], наноленты [12], структуры, похожие на морских ежей [13] и цветы [14], были синтезированы гидротермальным и сольвотермическим методами . Предыдущие исследования показали, что микро / наноструктуры проявляют двойную пользу от микромасштабных и наноразмерных размеров для улучшенного транспорта электронов и ионов, что приводит к превосходным электрохимическим характеристикам [15, 16]. Как правило, конструкция NiCo 2 О 4 с микро / наноструктурами было направлено путем выбора соответствующих реагентов, контролирующих морфологию. Zhang et al. использовал поливинилпирролидон (ПВП) для синтеза NiCo 2 О 4 для контроля морфологии, основанной на координации ионов металлов с функциональными группами (например, -N и / или C =O) пирролидона [17]. Однако ограниченные эффективные реагенты, управляющие структурой, возможны для синтеза бинарных TMO с уникальной морфологией. Таким образом, крайне желательно изучить универсальные реагенты для синтеза NiCo 2 О 4 с микро / наноструктурами. Недавно мы сообщили, что положительно заряженные реагенты, такие как диаллилдиметиламмонийхлорид (DDA) и его гомополимер, проявляют потенциал при синтезе Co 3 О 4 для литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) [15, 16]. Однако нам не известны какие-либо двоичные TMO (например, NiCo 2 О 4 ) с микро / наноструктурами, синтезируемыми такими заряженными молекулами, для электрохимического хранения лития.

Здесь мы сообщили о стратегии самосборки NiCo 2 за счет заряда. О 4 со структурой морского ежа с последующей термообработкой. Положительно заряженные молекулы поли (диаллидиметиламмонийхлорида) (PDDA) рассматривались как решающий структурный реагент в гидротермальном синтезе. NiCo, похожий на морского ежа 2 О 4 с микро / наноструктурами также продемонстрировали превосходные характеристики накопления лития в повторяющихся циклах заряда-разряда. Очевидно, это первая работа по зарядовому самосборному синтезу бинарных TMO с помощью заряженных органических молекул. Ожидается, что эта новая стратегия проложит новый путь синтеза бинарных TMO с новыми микро / наноструктурами для материалов для хранения энергии.

Методы

Синтез NiCo, подобного морскому ежу 2 О 4

При обычном синтезе 0,5 г тетрагидрата ацетата никеля (≥ 99%), 1,0 г тетрагидрата ацетата кобальта (≥ 98%) и 3,0 г мочевины (99,5%), полученной от Acros Organics, растворяли в 55 мл деионизированной воды. с последующим добавлением 5 г раствора PDDA (20 мас.% в H 2 О, Сигма-Олдрич). Смешанный раствор осторожно переносили в герметичный автоклав из нержавеющей стали с тефлоновым покрытием и помещали в электрическую печь, поддерживаемую при 120 ° C, на 2 часа. Полученный осадок собирали фильтрованием под вакуумом и трижды промывали деионизированной водой. Наконец, отфильтрованный образец подвергали термообработке в муфельной печи при 450 ° C в течение 2 ч. Образцы сажи в том виде, в котором они были синтезированы, непосредственно использовались для определения характеристик материалов и оценки электрохимических характеристик.

Характеристики материалов и оценка электрохимических характеристик

Кристаллические фазы, морфология материалов, микроструктуры и валентные состояния полученных образцов были охарактеризованы с помощью порошкового рентгеновского дифрактометра (XRD, Philips PW1830), сканирующего электронного микроскопа с полевой эмиссией (FE-SEM, Hitachi S4800), просвечивающего электронного микроскопа ( ТЕМ, FEI Tecnai G 2 20 сканирование) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS, модель PHI5600) соответственно. Исследование термического превращения прекурсоров проводили с помощью термогравиметрического анализа (TGA, Mettler Toledo) и дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC, Mettler Toledo) в атмосфере кислорода. Кроме того, удельная поверхность и распределение пор по размерам NiCo 2 О 4 были выполнены на анализаторе площади поверхности (Quantachrome Instruments) с помощью N 2 Изотермы адсорбции-десорбции при 77 К. Удельная поверхность и распределение пор по размерам были получены с помощью многоточечного метода Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ) и Барретта – Джойнера – Халенды (BJH) соответственно. Электрохимические характеристики накопления лития и его способность оцениваться в монетном элементе CR2025 с NiCo 2 О 4 в качестве рабочего электрода, металлический литий в качестве противоэлектрода, микропористая мембрана (Celgard® 2400) в качестве разделителя и 1 M LiPF 6 в 50 об.% этиленкарбоната и 50 об.% диметилкарбоната в качестве электролита. Рабочий электрод на 80% состоял из активного NiCo 2 . О 4 материалы, 10% связующего PVdF и 10% проводящего углерода SuperP. Анализ циклической вольтамперометрии (ЦВА) проводился в диапазоне напряжений 0,005–3 В относительно Li + . / Li и спектры электрохимического импеданса (EIS) морского ежа NiCo 2 О 4 аноды также регистрировались на электрохимической станции (CorrTest® Instruments) в диапазоне частот от 100 кГц до 0,01 Гц с амплитудой 5 мВ. Испытание гальваностатического заряда-разряда проводилось на системе тестирования аккумуляторных батарей (LAND CT2001A) при комнатной температуре. Циклические характеристики проводились при плотности тока 100 мА · г -1 . для 100 циклов и скорости испытания проводились с различными плотностями тока в диапазоне от 100 мА г -1 до 3000 мА г −1 .

Результаты и обсуждение

Диаграмма рентгеновской дифракции на рис. 1а позволяет предположить, что исходный продукт представляет собой гранецентрированный кубический NiCo 2 О 4 высокой кристалличности и чистоты (PDF 02-1074). Пики 2θ, расположенные при 31,1 °, 36,6 °, 44,6 °, 55,3 °, 59,0 °, 64,7 °, были отнесены к характеристическим плоскостям кристалла (2 2 0), (3 1 1), (4 0 0), (4 2 2 ), (5 1 1) и (4 4 0) соответственно. Более того, кристаллические фазы в исходных прекурсорах состояли из Ni 2 CO 3 (ОН) 2 (PDF 35-0501) и Co (CO 3 ) 0,5 (ОН) · 0,11H 2 O (PDF 48-0083), в соответствии с предыдущим исследованием [18]. Пики 2θ при 12,1 °, 24,3 °, 30,5 °, 34,8 ° и 59,8 ° могут быть связаны с Ni 2 CO 3 (ОН) 2 плоскость кристалла (1 1 0), (1 3 0), (- 1 0 1), (- 2 0 1) и (0 0 2) соответственно. Пики 2θ при 17,5 °, 33,8 °, 39,5 ° и 47,3 ° можно отнести к Co (CO 3 ) 0,5 (ОН) · 0,11H 2 Плоскость кристалла O (0 2 0), (2 2 1), (2 3 1) и (3 4 0) соответственно. Судя по всему, оба Ni 2+ и Co 2+ осаждали CO 3 2– и ОН - ионы, выделяющиеся при разложении мочевины в гидротермальных условиях [16]. Кривая ТГА на рис. 1b показывает, что температуры прокаливания 450 ° C было достаточно для термического превращения смешанных фаз в чистый NiCo 2 О 4 , поскольку после 450 ° C потери массы не наблюдалось. Кроме того, температура конверсии была определена как 350 ° C, что привело к общей потере массы 37% по весу.

а Картины XRD исходного прекурсора и NiCo 2 О 4 продукт до и после термообработки при 450 ° C. б ТГА-анализ прекурсора в атмосфере кислорода со скоростью нагрева 10 ° C мин -1

Морфологический анализ на рис. 2a, b показал, что структура предшественников, подобная морскому ежу, была успешно получена с помощью гидротермальной обработки с помощью PDDA. После термической обработки при 450 ° C морфология NiCo 2 похожа на морфологию морского ежа. О 4 микросферы все еще можно было поддерживать, что указывает на их прочную природу при высокой температуре. NiCo 2 О 4 Микросферы обычно имели диаметр ~ 2,5 мкм и состоят из множества наноигл со средним диаметром ~ 100 нм. Обратите внимание, что молекулы PDDA играют ключевую роль в формировании структуры, подобной морскому ежу. Вначале разложение мочевины, приводящее к образованию CO 3 2– и ОН - инициировал зарождение Co 2+ и Ni 2+ в гидротермальных условиях. Атомы азота в PDDA, снабженные неподеленными электронными парами, обеспечивали сильное электростатическое взаимодействие с отрицательными ионами. Следовательно, поверхность этих небольших ядер сначала была занята этими отрицательными ионами (CO 3 2– и ОН - ), что приводит к электростатической адсорбции положительно молекул. ПДДА из-за стерических затруднений приводил к росту кристаллов прекурсоров в преимущественном направлении. Чтобы минимизировать поверхностную энергию, в конечном итоге происходит самосборка наноструктур в результате спонтанного процесса созревания Оствальда, что приводит к образованию структуры, подобной морскому ежу.

а , b Типичные изображения FE-SEM предшественника морского ежа и NiCo 2 О 4 синтезирован с 5 г раствора PDDA

Влияние количества PDDA на морфологию предшественников также исследовали с помощью FE-SEM характеристики. Как показано на фиг. 3, при добавлении 2,5 г раствора PDDA в гидротермальном синтезе свежеприготовленный образец предшественника имел такую ​​же сферическую структуру диаметром 2-5 мкм. Многие наноиглы, считающиеся строительными элементами, были случайным образом организованы в большие микро / наноструктурированные сферы. Когда количество PDDA было дополнительно увеличено до 10 г, в гидротермальных предшественниках, очевидно, можно было обнаружить структуры, похожие на морского ежа и пучки соломы. Влияние PDDA на ориентацию кристаллов должно быть связано со свойством поверхностного заряда малых ядер, который можно регулировать количеством положительно заряженных молекул PDDA. Таким образом, раствор ПДДА 5 г, что соответствовало концентрации 16,7 мг л -1 , был оптимальными условиями для синтеза структуры, подобной морскому ежу, благодаря преимущественной ориентации роста кристаллов.

Типичные изображения FE-SEM исходного прекурсора, синтезированного с различными количествами раствора PDDA a, b 2,5 г; c, d 10 г

Микроструктуры микросфер, проанализированные с помощью ПЭМ, показали, что высокопористые структуры в NiCo 2 О 4 на это указывает очевидный контраст белого / черного, а высокая кристалличность подтверждается четкими плоскостями решетки (рис. 4a, b). Средний размер первичных частиц составлял около 10 нм. d -значения расстояний ~ 0,20 нм и ~ 0,25 нм были приписаны плоскости кристалла (400) и (311) соответственно. Кроме того, размер пор в среднем составлял около 10 нм. Приведенный выше анализ подтвердил, что NiCo 2 , подобный морскому ежу О 4 были успешно синтезированы с помощью стратегии самосборки под действием заряда с последующей термической обработкой.

а , b ПЭМ-изображения NiCo, подобного морскому ежу 2 О 4 синтезирован с 5 г раствора PDDA

На основе N 2 изотерма адсорбции-десорбции, удельная площадь поверхности по БЭТ и распределение пор по размерам БЮГ NiCo 2 О 4 образец составлял около 68,6 м 2 г −1 и 8,8 нм соответственно (рис. 5). Большая площадь поверхности и однородный размер пор были благоприятными для сокращения длины диффузии ионов и уменьшения объемного расширения в электрохимических процессах. Обзорный спектр на рис. 6а показывает присутствие в продукте Ni, Co, O и C. Данные XPS высокого разрешения для Co2p на рис. 6b показали, что сосуществование Co 2+ и Co 3+ виды, как показывает примерка Co2p 3/2 пики расположены при ~ 779,5 эВ и ~ 781,3 эВ соответственно. Точно так же данные XPS высокого разрешения Ni 2p на рис. 6c предполагают присутствие Ni 2+ и Ni 3+ , как подсказывает примерка Ni2p 3/2 пики с центрами около ~ 854,6 эВ и ~ 856,2 эВ соответственно. Присутствие спутниковых пиков также подтвердило присутствие Co 2+ и Ni 2+ . Обратите внимание, что разделение пиков для Co2p 1/2 против Co2p 3/2 и Ni2p 1/2 против Ni2p 3/2 были определены как 15,2 и 17,3 эВ, что согласуется с предыдущими исследованиями [16, 19]. Множественные валентные состояния Co (+ 2, + 3) и Ni (+ 2, + 3) в шпинели NiCo 2 О 4 были полезны для реакций электрохимического превращения в процессах зарядки-разрядки.

а Изотермы адсорбции и десорбции азота и b Распределение пор по размерам морского ежа NiCo 2 О 4 синтезирован с 5 г раствора PDDA

а Спектр обзора морского ежа NiCo 2 О 4 . б , c XPS-спектры высокого разрешения Co2p и Ni2p

Механизм электрохимического преобразования и обратимость морского ежоподобного NiCo 2 О 4 был исследован с помощью CV-анализа. Как показано на рис. 7, в первом цикле два отдельных катодных пика, расположенных примерно при 0,8 В и 1,3 В, указывают на электрохимическое восстановление Co 3+ кому:Co 2+ , а затем уменьшение Co 2+ и Ni 2+ к металлическим частицам Co и Ni соответственно [20]. Для первого анодного процесса электрохимическое окисление металлического Co и Ni примерно при 1,4 и 2,2 В приведет к обратимому образованию Co 2+ , Co 3+ , и Ni 2+ видов, что в конечном итоге привело к образованию NiCo 2 О 4 фаза. Также возможно, что межфазная фаза твердого электролита образовалась в первом цикле активации. Очевидно, что после процесса активации в первом цикле хорошая обратимость электрохимических окислительно-восстановительных реакций может наблюдаться в следующих двух циклах, на что указывают перекрывающиеся кривые CV. Единственная разница заключалась в том, что основной пик снижения был смещен с 0,8 до 1,0 В, что согласуется с предыдущим исследованием CV на NiCo 2 . О 4 аноды [8]. Подробный механизм реакций электрохимического превращения также обсуждался в предыдущих исследованиях и может быть описан ниже [20].

Циклическая вольтамперометрия (CV) NiCo 2 , подобного морскому ежу О 4 аноды в диапазоне напряжений 0,005–3,0 В со скоростью сканирования 0,01 мВ с −1

$$ {\ mathrm {NiCo}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 4 + 8 \ {\ mathrm {Li}} ^ {+} + 8 \ {\ mathrm {e}} ^ {\ hbox {-}} \ leftrightarrow 2 \ \ mathrm {Co} + \ mathrm {Ni} +4 \ {\ mathrm {Li}} _ 2 \ mathrm {O} $$ (1) $$ \ mathrm {Ni} + {\ mathrm {Li} } _2 \ mathrm {O} \ leftrightarrow \ mathrm {Ni} \ mathrm {O} +2 \ {\ mathrm {Li}} ^ {+} + 2 \ {\ mathrm {e}} ^ {\ hbox {-} } $$ (2) $$ \ mathrm {Co} + {\ mathrm {Li}} _ 2 \ mathrm {O} \ leftrightarrow \ mathrm {Co} \ mathrm {O} +2 \ {\ mathrm {Li}} ^ {+} + 2 \ {\ mathrm {e}} ^ {\ hbox {-}} $$ (3) $$ \ mathrm {CoO} +1/3 \ {\ mathrm {Li}} _ 2 \ mathrm {O } \ leftrightarrow 1/3 \ {\ mathrm {Co}} _ 3 {\ mathrm {O}} _ 4 + 2/3 \ {\ mathrm {Li}} ^ {+} + 2/3 \ {\ mathrm {e} } ^ {\ hbox {-}} $$ (4)

Электрохимические циклические характеристики NiCo 2 О 4 образец был представлен на рис. 8а, и результат показал, что обратимая емкость 663 мАч г -1 была достигнута при плотности тока 100 мА · г −1 после 100 циклов заряда-разряда. Производительность при езде на велосипеде также была сопоставима с предыдущим исследованием чистого NiCo 2 . О 4 материал. Например, электрохимическое хранение лития иерархического NiCo 2 О 4 массив нанопроволок составлял около 413 мАч г -1 при оценке при 100 мА г −1 более 100 циклов [5]. Однако, когда NiCo 2 О 4 был модифицирован высокопроводящими добавками или оксидами металлов, были достигнуты лучшие электрохимические характеристики по сравнению с чистым NiCo 2 О 4 . Например, Chen et al. сообщил о циклической стабильности чистого NiCoO 2 был значительно улучшен за счет пониженного содержания оксида графена и высокой обратимой емкости 816 мАч г −1 была достигнута с сохранением емкости 80,1% [21]. Также Sun et al. сообщил о циклических характеристиках пористого NiCoO 2 / NiO полый дедекаэдр был около 1535 мАч г -1 при 200 мА г −1 более 100 циклов, что эквивалентно сохранению емкости 97,2% [22]. Кулоновская эффективность после начальной активации почти стабилизировалась на уровне ~ 100%, что свидетельствует о высокой электрохимической обратимости. Как показано на рис. 8b, кривые заряда-разряда в разных циклах также показали различное поведение. При повторных циклах заряда-разряда очевидно, что кривые заряда-разряда 50-го цикла также были идентичны начальным циклам, что указывает на аналогичные пути электрохимических реакций в первых 50 циклах. Однако кривые заряда-разряда 100-го цикла показали несколько иное поведение, что позволяет предположить, что во время реакций анодного преобразования может присутствовать медленный распад материала. Более того, номинальная емкость на рис. 8c показывает, что средняя разрядная емкость NiCo 2 О 4 измерено при плотностях тока 100, 200, 500, 1000, 2000 и 3000 мА г −1 были примерно 1085, 1048, 926, 642, 261 и 86 мАч г −1 , соответственно. Когда плотность тока была переключена на 100 мА g −1 , высокая обратимая емкость около 1000 мАч g −1 все еще поддерживалось, что указывает на отсутствие очевидного спада обратимой емкости при тесте на возможность изменения скорости. Обратите внимание, что экспериментальная удельная емкость 1085 мАч g −1 достигается при 100 мА г −1 было выше теоретического значения (890 мАч г -1 ). Это явление обычно наблюдалось в анодах из оксидов переходных металлов. Дополнительная емкость может быть объяснена обратимым образованием гелеобразных полимерных пленок, межфазным накоплением лития и т. Д. [23, 24]. На рис. 8d типичные кривые заряда-разряда при различных плотностях тока также предполагают, что удельная емкость значительно уменьшилась с увеличением плотностей тока заряда-разряда от 100 до 3000 мА · г −1 . Электрохимические характеристики, достигнутые в этом исследовании, были лучше или сопоставимы с предыдущими исследованиями NiCo 2 О 4 материалы на основе. Например, Chen et al. сообщил о мезопористом NiCo 2 О 4 нанопроволоки обеспечивают обратимую емкость 1215, 797 и 413 мАч г −1 при плотности тока 200, 500 и 1000 мА г −1 соответственно [5]. Достигнутая производительность NiCo 2 О 4 в этом исследовании также было сопоставимо с предыдущими работами по другим оксидам переходных металлов. Например, Лю и соавт. сообщили, что обратимые емкости полого CuO при расчетных плотностях тока 100, 200, 500 и 1000 мА · г −1 были 629, 567, 488 и 421 мАч г -1 соответственно [25]. Следует отметить, что скоростные характеристики морского ежа NiCo 2 О 4 не было стабильным, особенно при высоких плотностях тока. Это явление, вероятно, было связано с полупроводниковой природой чистого NiCoO 2 и разрушение строительных элементов (наноигл) высокой плотностью тока. Точно так же характеристики сферического NiCo 2 с коэффициентом C О 4 и NiCo 2 О 4 наноленты также были нестабильны в предыдущих исследованиях, когда плотность тока заряда-разряда была изменена до ≥ 1000 мА · г −1 [20, 26].

а Циклические характеристики NiCo 2 О 4 испытано при плотности тока 100 мА г −1 . б Типичные кривые заряда-разряда NiCo 2 О 4 испытано при 100 мА г −1 для 1-го, 10-го, 50-го и 100-го цикла c оценить возможности производительности. г Типичные кривые заряда-разряда NiCo 2 О 4 испытано при различных плотностях тока от 100 до 3000 мА г -1

Обратите внимание, что колебания кулоновской эффективности также наблюдались при измерении C-скорости, особенно в точках изменения плотности тока. Например, при переключении плотности тока с 1000 на 2000 мА г −1 кулоновский КПД 40-го цикла внезапно снизился со 100 до примерно 80%. В следующих 9 циклах кулоновский КПД сразу стабилизировался на уровне около 100%. Внезапное падение кулоновской эффективности может быть связано с частичной потерей электрической связи между NiCo 2 О 4 материалы и проводящая сеть по изменению объема в процессе зарядки из-за приложенной высокой плотности тока. О подобных явлениях также сообщалось в предыдущих исследованиях C-rate анодных материалов для аккумуляторных батарей [27, 28].

Чтобы понять природу NiCo 2 О 4 анодов анализ ЭИС проводился в диапазоне частот от 100 кГц до 0,01 Гц с амплитудой 5 мВ. EIS широко использовался как полезный инструмент для выявления электрохимического поведения и процесса переноса заряда [29, 30]. Для NiCo 2 О 4 аноды, испытанные с разными циклами, спектры ЭИС на рис. 9 показали небольшие полукруги и прямые линии в высокочастотной и низкочастотной областях соответственно. Маленькие полукруги должны быть связаны с сопротивлением переноса заряда между электродом и электролитом. Прямые линии указывают импеданс Варбурга, который должен быть связан с твердотельной диффузией Li + в NiCo 2 О 4 электроды [8]. Сопротивления переноса заряда свежего NiCo 2 О 4 электроды до и после 5 циклов были почти идентичны, что указывает на отсутствие очевидных изменений на границе раздела электрод / электролит. Однако после 10 циклов сопротивление переносу заряда стало доминирующим в электрохимических процессах, на что указывает больший диаметр полукруга. Вдобавок почти параллельные линии предполагали тот же твердотельный Li + диффузное поведение до и после испытаний на велосипеде. Следовательно, сопротивление передачи заряда NiCo 2 О 4 аноды могут играть относительно важную роль в электрохимических характеристиках.

Спектры EIS морского ежа NiCo 2 О 4 аноды после различных циклических испытаний в плоской ячейке

В этом исследовании улучшенная производительность NiCo 2 О 4 следует отнести к микро / наноструктурам морфологии морского ежа, по сравнению с предыдущими работами по наноструктурам (например, мезопористые нанопроволоки). По сути, характеристики накопления лития были связаны с эффективным переносом ионов и электронов лития в циклах электрохимического заряда-разряда. Многочисленные наноиглы, рассматриваемые как строительный элемент структуры, подобной морскому ежу, могут значительно улучшить твердотельный Li + диффузионное поведение из-за укороченной наноразмерной длины. Кроме того, однородные микросферы, рассматриваемые как вторичные частицы структуры, напоминающей морских ежей, могут значительно улучшить поведение при переносе электронов благодаря сети переноса электронов на большие расстояния. Комбинированные преимущества микро / наноструктур в структуре, подобной морскому ежу, могут привести к лучшим электрохимическим характеристикам, чем наноструктуры. В целом, превосходные электрохимические характеристики NiCo 2 О 4 был приписан уникальным физическим свойствам структуры, подобной морскому ежу, которая была адаптирована с помощью стратегии самосборки с помощью PDDA. Предлагаемая стратегия имеет потенциал для легкого синтеза материалов для аккумулирования энергии для LIB следующего поколения.

Выводы

В заключение скажем, что NiCo, подобный морскому ежу 2 О 4 были успешно синтезированы с помощью стратегии самосборки под действием заряда с положительно заряженным PDDA с последующей термической обработкой. Заряженные молекулы играют ключевую роль в формировании структуры, подобной морскому ежу, из-за электростатической адсорбции и стерических затруднений. Кроме того, NiCo, похожий на морского ежа 2 О 4 продемонстрировали большие возможности в области электрохимического хранения лития. Превосходные характеристики были приписаны уникальной структуре NiCo 2 , напоминающей морского ежа. О 4 для улучшенного транспорта электронов и ионов . В целом стратегия самосборки на основе заряда - привлекательный способ синтеза материалов для аккумулирования энергии для высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов.

Сокращения

СТАВКА:

Брунауэр – Эммет – Теллер

BJH:

Барретт – Джойнер – Халенда

Резюме:

Циклическая вольтамперометрия

DSC:

Дифференциальная сканирующая калориметрия

EIS:

Спектры электрохимического импеданса

FE-SEM:

Сканирующий электронный микроскоп с автоэмиссией

LIB:

Литий-ионные батареи

PDDA:

Поли (диаллидиметиламмонийхлорид)

TGA:

Термогравиметрический анализ

TMOs:

Оксиды переходных металлов

XPS:

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

XRD:

Рентгеновский дифрактометр


Наноматериалы

  1. Возобновляемые марки PVDF для литий-ионных батарей
  2. Простой синтез наночастиц SiO2 @ C, закрепленных на MWNT, в качестве высокоэффективных анодных материалов для лити…
  3. СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАТОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ LiNi0.5Mn1.5O4 с легированием композитов Cr3 + и F− для литий-…
  4. Многослойный композит MoS2 / ацетиленовый черный как эффективный анодный материал для литий-ионных батарей
  5. Встроенный композит Si / графен, изготовленный методом термического восстановления магнием в качестве анодно…
  6. Экологичный и простой синтез нанопроволок Co3O4 и их перспективное применение с графеном в литий-ионных батаре…
  7. Трехмерные взаимосвязанные нанолисты V6O13, выращенные на карбонизированном текстиле с помощью гидротермальн…
  8. Нанокристаллический пленочный анод Fe2O3, полученный методом импульсного лазерного осаждения для литий-ионных…
  9. Синтез нанокомпозитов MoS2 / C с помощью гумата путем совместного осаждения / прокаливания для высокоэффективны…
  10. Синтез и исследование нанопроволок CuGeO3 в качестве анодных материалов для усовершенствованных натрий-ионных…