基于层状FePS3纳米复合材料的设计合成及其储钠性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:AceAcer
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自从锂离子电池被索尼公司首次进行商业化应用以来,由于其本身优异的电化学性能而被广泛应用于各类产品与设备中,然而囿于全球锂资源的分布不均以及储量较少等原因,严重阻碍了锂离子电池的发展。钠离子电池拥有相似的“摇椅式”储能反应机理,且丰富的钠资源使得其成为大规模储能系统理想的选择之一,从而受到社会广泛的关注与研究。然而作为商业化锂离子电池负极材料的石墨被证实并不适用于 Na+的存储,因而对于钠离子电池负极材料的研究与选择仍然面临较大的困难。FePS3作为一种具有高理论比容量的负极材料还较少被人们所研究,同时高容量意味着循环过程中严重的体积变化与机械应力应变的产生,导致容量的快速衰减,而且其较低本征电导率会导致其展示出较差的循环性能与倍率性能。基于此,本文通过将FePS3与其他材料复合来改善其循环性能与倍率性能,主要研究内容如下:
  (1) 利用二维材料的结构特点,将通过液相剥离法制备FePS3纳米片和MXene纳米片进行复合从而获得FePS3@MXene材料。在循环过程中,FePS3均匀分布在MXene片层骨架之间,从而确保了电子的快速传导和离子的快速扩散,同时缓解 Na+嵌入脱出所导致的体积变化,在100 mA/g和500 mA/g的电流密度下经过90次循环后,FePS3@MXene仍能提供676 mAh/g和528 mAh/g的高可逆容量。
  (2) 利用多巴胺在碱性溶液中易于自聚合的特点,在少层的FePS3纳米片上原位生长聚多巴胺层,并通过高温碳化过程制备了氮掺杂碳包覆的FePS3(FePS3/NC)。氮掺杂的碳层能够提升复合材料的电导率、缓解体积膨胀所造成的应力应变并抑制多硫化物在电解液中的穿梭效应。FePS3/NC在100 mA/g的电流密度下经过100次循环仍保留有449.3 mAh/g的可逆容量,在1 A/g的电流密度下经过700次循环后仍保留有310.8 mA/g的可逆容量。
  (3) 利用湿法高能球磨将FePS3晶体和氧化石墨烯片层进行复合,并利用热退火处理还原氧化石墨烯得到FePS3/rGO复合材料。基于石墨烯的高比表面积、优异的电子传导以及电解液浸润能力,FePS3/rGO表现出优异的倍率性能和循环稳定性,在1 A/g的电流密度下经过600次循环,FePS3/rGO仍可以提供353.8 mAh/g的可逆容量。
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