石墨烯复合磷化镍的制备以及在纳离子电池中的应用

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锂离子电池已广泛用于电动汽车,便携式电子产品等。但是,金属锂的丰度低和成本高的缺点限制了锂在储能中的大规模应用。钠作为锂的“姊妹”元素,金属钠不仅显示出与锂相似的物理和化学性质,而且在地球上的丰度也很高,这使得钠离子电池有望替代锂离子电池。不幸的是,钠离子的半径(1.02?)是锂离子的半径(0.76?)的1.3倍,这导致在放电/充电过程中钠离子电池的电极材料的体积变化大,反应动力学较慢和较电化学性能较差的特点。过渡金属磷化物作为钠离子电池负极材料时,因其较高的理论比容量和低氧化还原电位而受到人们广泛关注。然而,当钠离子插入/脱出过渡金属磷化物期间会有大的体积变化,这通常导致较差的电化学性能,因此限制了它们的实际应用。我们迫切需要通过开发稳定的微结构,通过与导电碳材料(例如石墨烯,过渡金属碳化物和碳毡)偶联来提高纳米复合材料的电导率来改善钠离子的电化学性能。本文制备了Ni5P4@r GO,Ni P2@r GO两种磷基复合钠离子负极材料,主要研究内容与结果如下:(1)将Ni5P4封装在石墨烯中形成的三维结构纳米球,用作高性能钠离子电池负极材料。在这里,我们通过水热合成和磷化两步法合理设计出了由r GO纳米片结构包裹的Ni5P4三维分层纳米球(Ni5P4@r GO)。石墨烯纳米片可以有效防止微米球α-Ni(OH)2的结构塌陷和磷化过程中Ni5P4活性材料的聚集。此外,磷化镍与石墨烯之间的强耦合作用导致Ni5P4@r GO复合材料作为钠离子电池阳极材料时具有出色的电化学性能,在0.2A g–1的电流密度下,200次循环后的比容量仍然能有304 m A h g–1的高的比容量。(2)由花球状α-Ni(OH)2衍生得到的Ni P2用作杰出的钠离子电池的负极材料。通过原位磷化和碳包封工艺,从花球形貌的α-Ni(OH)2的中获得了在石墨烯中包封的Ni P2形成的三维结构纳米颗粒。当用作钠离子电池负极材料时,Ni P2@r GO具有出色的循环性能,在高电流密度10 A g–1下,经过8000次循环后,具有114 m A h g–1高的比容量。Ni P2@r GO出色的电化学性能归因于r GO纳米片和Ni P2纳米颗粒之间的协同作用。包裹在Ni P2纳米微球上的r GO大大提高了离子和电子导电性。
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