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锂电池技术再迎大事件:用3D碳纳米片“包裹”阳极即可提升性能

前瞻网    2021-07-27 11:53

 

锂电池技术再迎大事件:用3D碳纳米片“包裹”阳极即可提升性能

锂离子电池是可持续能源技术的未来,但与提高电池容量相关的阳极体积剧烈波动引发了安全问题。最近,韩国的研究人员发现,将硒化锰阳极嵌入 3D 碳纳米片基质中是一种创新、简单且低成本的方法,可以减少剧烈的体积膨胀,同时提高这些电池的能量密度。

锂离子电池 (LIB) 是用于电气设备或电动汽车的可再生能源,作为下一代能源解决方案备受关注。然而,当今使用的 LIB 的阳极存在多个不足之处,从低离子电子电导率和充放电循环期间的结构变化到低比容量,这限制了电池的性能。

为了寻找更好的负极材料,韩国海事大学的 Jun Kang 博士和韩国釜山国立大学的同事设计了一种负极,由于其独特的结构特点,克服了许多现有的阳极效率的障碍。Jun Kang博士解释说:“我们专注于硒化锰 (MnSe),这是一种经济实惠的过渡金属化合物,以其高导电性和在开发半导体和超级电容器中的适用性而闻名,可作为先进 LIB 阳极的可能候选物。” 然而,MnSe 在充放电循环过程中会发生剧烈的体积变化(几乎 160%),这不仅会降低电极的性能,还会带来安全问题。

为了防止这种体积变化,上述研究人员开发了一种简单且低成本的工艺:他们将 MnSe 纳米颗粒均匀地注入三维多孔碳纳米片基质(或 3DCNM)中。在新开发的负极材料(他们称为“MnSe ⊂ 3DCNM”)中,碳纳米片支架赋予了锚定的 MnSe 纳米颗粒许多优点,例如大量的活性位点和与电解质的接触面积增加,并保护它们免受急剧的体积膨胀。

研究人员能够合成多种 MnSe ⊂ 3DCNM 材料。其中,他们发现 MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 表现出最好的循环稳定性和倍率能力。当与全电池中的锂锰 (III,IV) 氧化物(LiMn2O4,一种常用的阴极材料)结合时,该团队观察到 MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 显着地继续表现出优异的电化学性能,包括优异的锂离子和电子传输动力学!

该团队对他们的成就的潜在影响感到兴奋。正如Jun Kang博士所解释的那样,“使用有益的填料支架,我们开发了一种提高电池性能同时允许可逆能量存储的阳极。该策略可以作为其他具有高表面积和稳定纳米结构的过渡金属硒化物的指南,在存储系统、电催化和半导体中的应用。”

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