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锂硒电池ZIF-L衍生氮掺杂碳纳米片/碳布自支撑电极的电化学性能研究
荀道祥, 罗序维, 周明冉, 何佳乐, 冉茂进, 胡执一, 李昱
无机材料学报    2024, 39 (9): 1013-1021.   DOI:10.15541/jim20240027
摘要   (288 HTML13 PDF(pc) (2607KB)(305)  

硒(Se)因其较高的体积比容量(3253 mAh·cm-3)和电子电导率(1×10-5 S·m-1)而成为新一代锂硒(Li-Se)电池储能材料。针对其反应过程中体积膨胀较大、容量衰减较快以及活性物质利用率低等问题, 本研究通过在碳布(CC)上生长二维Zn基金属有机框架(ZIF-L)并碳化, 设计了一种ZIF-L衍生氮掺杂碳纳米片/硒自支撑复合材料(Se@NC/CC)用于锂硒电池研究。ZIF-L碳化形成的氮掺杂碳纳米片中丰富的微孔结构有效缓解了反应过程中的体积膨胀, 掺杂N原子有利于吸附反应过程中的Li2Se, 减少活性物质损失。特别地, Se@NC/CC电极中Se和C之间存在强的化学键作用, 在一定程度上也可以减少活性物质损失, 提高整体性能稳定性。电化学测试表明, 在0.5C(1.0C=675 mAh·g-1)电流密度下, Se@NC/CC电极的初始放电比容量为574 mAh·g-1, 展现出高初始放电比容量; 电流密度为2.0C时, 初始放电比容量为453.3 mAh·g-1, 循环500圈后仍然具有406.2 mAh·g-1的容量; 同时也表现出了良好的倍率性能, 与文献报道相比有较明显的优势。本研究设计的柔性自支撑硒电极为先进碱金属-硒电池的硒宿主材料设计提供了新的研究思路。



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图3 各样品的N2吸附-脱附等温曲线及孔径分布图
正文中引用本图/表的段落
图3为Se@NC/CC和Se@PCC电极材料的N2吸附-脱附等温曲线及孔径分布图。填硒后的两种材料比表面积均出现下降趋势。如图3(a)所示, NC/CC的比表面积为28.1 m2·g-1, 填硒后比表面积降为13.0 m2·g-1。图3(b)为NC/CC和Se@NC/CC的孔径分布图, NC/CC中存在微孔分布。NC/CC的孔体积大概为0.008 cm3·g-1, 填硒后孔体积减小为0.005 cm3·g-1, 表明NC/CC中大多数孔已被无定形态Se填满。同样地, 如图3(c)所示, 填硒后PCC的比表面积由1139.1 m2·g-1降为791.1 m2·g-1; 图 3(d)孔径分布图中, PCC的孔体积为0.48 cm3·g-1, 孔径分布以微孔为主, 填硒后孔体积减小为0.31 cm3·g-1, 表明无定形态Se填入了PCC的孔中。
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