Adv. Mater. :鈉離子電池私人定制的S摻雜富N碳納米層片陽極材料

【引言】

鋰離子電池在小型消費類電子產品中幾乎處于壟斷地位，隨著新能源汽車是日漸普及，其需求依舊強勁，然而地殼中的鋰礦產量難以應付如此大的需求，據Alexandra等人統計，截至2050年在電動車普及的情況下約17-74%鋰元素儲量將消耗殆盡，而與鋰離子具有相似化學性質的鈉離子儲量卻十分豐富，近些年有關鈉離子電池的研究也逐漸熱門起來。相比于Li⁺，Na⁺的離子半徑要大出55%，LIBs的電極材料顯然不再適用于SIBs,因為后者需要更大的空間來儲存和運輸Na⁺。^??

【成果簡介】

南開大學周震教授的課題組在Adv. Mater期刊上展示了一種高性能鈉離子電池陽極材料。他們的方法是將富N的碳納米層片在H₂S/Ar混合氣體的氛圍中，以S等位取代N制成S參雜的富N碳納米層片。操作中要盡可能多的使S取代N形成-C-S-C-鍵，以達到擴大界面距離，為Na^+? 儲存反應提供更多活性位點。實驗結果顯示該結構的SIB陽極材料有更高的容量和更出色的倍率性能。

【圖文導讀】

圖1.S-N/C層的制備過程及元素檢測

a.S-N/C結構的制備過程

b.S-N/C中S 2p的XPS檢測

c.S-N/C和N/C的XRD檢測

d.S-N/C和N/C的拉曼光譜檢測

圖2. S-N/C的形貌及結構檢測

a、b.S-N/C的SEM和TEM照片

c.S-N/C界面晶格條紋的HRTEM線掃照片

d.S-N/C的EDS元素映射圖

e.原始石墨、S-N/C和N/C的原子層間距

圖3. SIB電池性能檢測

a.S-N/C電極在1mV s^-1掃描速度下，0.01-3V范圍內的CV曲線

b.50mAg^-1條件下的充放電曲線

c.50mAg^-1電流密度下S-N/C和N/C的循環性能測試

d.不同電流密度下S-N/C和N/C的倍率性能

e.1A g^-1電流密度下S-N/C和N/C循環性能測試

【小結】

通過S參雜富N碳納米層片的方法獲得了一種新的適用于SIB的陽極材料，它具有更大的界面距離和更寬廣的材料表面適配于Na⁺的存儲，在SIB電池中S-N/C電極也表現出了循環和容量性能。這種S參雜富N碳納米層片的方法不但適用于SIBs,對于其他電極或電催化材料也具有借鑒的意義。

文獻鏈接：S-Doped N-Rich Carbon Nanosheets with Expanded Interlayer Distance as Anode Materials for Sodium-Ion Batteries（Adv. Mater.,2016,DOI: 10.1002/adma.201604108）

【通訊作者簡介】

周震，男，1971 年生于山東，教授，博士生導師，教育部“新世紀優秀人才支持計劃入選者。南開大學新能源材料化學研究所所長、分子科學計算中心主任、材料化學系副系主任。主要研究興趣是通過實驗與高性能計算相結合設計納米結構新能源材料及能源存儲體系。在Prog. Mater. Sci., J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.和Nano Energy等雜志上發表SCI摘錄論文160多篇。全部論文被國內外同行引用4600多次，其中他人引用近4000次，h-index=40。14篇論文入選ESI近十年高被引論文。

本文由材料人編輯部 新能源小組 YueZhou 整理編譯。

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