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長春理工大學Heng guo Wang課題組--石墨烯封裝的金屬態Ce2Sn2O7作為優質鋰離子電池和電容器的新型負極材料

雙金屬基三元材料（BTM）因其多組分靈活性和協同效應而備受關注。在此，BTM（Ce₂Sn₂O₇）納米顆粒被封裝到石墨烯中（Ce2Sn₂O₇/RGO），用作鋰離子電池和電容器（LIB /LIC）的新型負極材料。受益于兩種金屬元素間的協同和石墨烯導電網絡，優化過的Ce₂Sn₂O₇/RGO可在0.05 A g^-1時提供814.6 mAh g^-1的可逆容量；具有良好的循環性能，經過1500次循環測試后在1 A g^-1時可逆容量為369.5 mAh g^-1；在Li⁺半電池中，2 A g^-1下具有432.4 mAh g^-1的超高倍率性能。同時，我們進行了詳細的相轉變和動力學分析以及理論計算，以研究優良電化學性能背后的反應機理。此外，Ce₂Sn₂O₇/RGO還顯示出良好的鋰離子全電池（與商業LiCoO₂配對）和電容器（與活性炭配對）的性能，這進一步證明了Ce₂Sn₂O₇/RGO的應用前景。

Figure 1. （a）形成Ce₂Sn₂O₇/RGO的示意圖。（b）SEM圖像，（c）TEM
圖像，（d）HRTEM圖像，（e）HAADF-STEM圖像和（f-i）元素分布圖。

Figure 2. （a）Ce₂Sn₂O₇/RGO-8的粉末XRD圖譜和Rietveld精修圖，（b）拉曼光譜和（c）TG曲線，（d）XPS總譜，和（e）Sn 3d，（f）Ce 3d的XPS高分辨精細譜。

Figure 3. Ce₂Sn₂O₇/RGO-8在Li +半電池中的電化學性能。（a）0.1 mV s^-1時的CV曲線，（b）0.05 A g^-1時的充放電曲線，（c）各個樣品在0.1 A g^-1下的循環性能，（d）1 A g^-1下的循環性能和（e）在0.05至2 A g^-1種電流密度下的倍率性能。

Figure 4. （a）Ce₂Sn₂O₇和（b）Ce₂Sn₂O₇/RGO-8在不同充放電狀態下的非原位XRD譜圖。 LIB中Ce₂Sn₂O₇/RGO-8在0.1 A g^-1電流密度下經過50個循環后的（c，d）TEM，（e，f）HAADF-STEM圖像和（g-j）元素分布圖。

Figure 5.（a）Ce₂Sn₂O₇/RGO-8在不同掃描速率下的CV曲線。（b）Ce₂Sn₂O₇/RGO-8中各種掃描速率下表面驅動過程的貢獻率。（c）Ce₂Sn₂O₇/RGO-8在第一個放電/充電過程中的非原位EIS譜圖。（d）Ce₂Sn₂O₇和Ce₂Sn₂O₇/RGO-8在充放電狀態下的GITT曲線和相應的Li⁺擴散系數。（e）Ce₂Sn₂O₇的晶胞結構。（f）Ce₂Sn₂O₇的局部態密度和全態密度。

Figure 6.（a）Ce₂Sn₂O₇/RGO-8在LIC中的電化學性能。（a）Ce₂Sn₂O₇/RGO-8//AC LIC的配置示意圖。（b）半電池中Ce₂Sn₂O₇/RGO-8負極和AC正極的CV曲線。（c）不同掃描速率下的CV曲線。（d）不同電流密度下的充放電曲線。（e）不同電流密度下的倍率性能。（f）LIC的Ragone圖與文獻報道的LIC的對比。（g）3 A g^-1時的循環性能（插圖顯示單紐扣全電池可以點亮小型汽車燈）。

本研究于2020年由長春理工大學的 Heng guo Wang課題組發表于Journal of Materials Chemistry A （https://doi.org/ 10.1039/C9TA13086A）
原文：Graphene Encapsulated Metallic State Ce₂Sn₂O₇ as a Novel Anode Material for Superior Lithium-Ion Batteries and Capacitors



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