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中北大學Jiahao Li等--還原氧化石墨烯和納米纖維素衍生的雙碳涂層的Na3V2(PO4)3具有多孔結構用于高性能鈉離子電池

Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP)的本征電導率限制了其進一步應用。本文提出了一種以還原氧化石墨烯(rGO)和納米纖維素為額外碳源的原位合成多孔NVP的協同策略。具體而言，氧化石墨烯的碳化形成了高度石墨化的還原氧化石墨烯襯底，有效地阻礙了NVP顆粒的團聚。同時，納米纖維素炭化生成無序薄碳涂層，與還原氧化石墨烯襯底構建相互連接的導電網絡。雙碳涂層網絡顯著提高了電子導電性，增強了動力學特性。此外，活性NVP晶粒在還原氧化石墨烯上外延均勻生長，形成多孔結構，有利于活性物質的進一步利用。樣品中的介孔可以作為Na⁺的存儲位點，為可逆容量提供電容性貢獻，使其容量超過NVP的理論值。優化后的CNF-GC-3具有驚人的電化學性能。它在1C時的可逆比容量為123.77 mAh/g，在700次循環后仍保持99.70 mAh/g，相當于每循環的容量衰減率為0.028%。即使在60C，它仍然有95.59 mAh/g的放電容量。

圖1. CNF-GC-x樣品的合成流程圖。

圖2. (a-d) CNF-GC-x的高分辨率SEM圖像。(e) CNF-GC-3的EDS映射圖像。(f) CNF-GC-3的SEM圖像。(g-h) 不同的速率時CNF-GC-3的TEM/HRTEM圖像。

圖3. (a) CNF-GC-x的XRD圖譜。(b) CNF-GC-3的Rietveld細化XRD圖譜。

圖4. (a) CNF-GC-x的TGA曲線。(b) CNF-GC-3的拉曼光譜。

圖5. CNF-GC-3的(a)XPS測量光譜及相應的V 2 p (b)、Na 1 s (c)、O 1 s (d)和C 1 s (e)的高分辨率光譜。(f) CNF-GC-3的N₂吸附解吸等溫線和孔徑分布圖(插圖)。

圖6. NVP和CNF-GC-x在0.1C (a)和1C (b)時的初始GCD剖面。(c) NVP和CNF-GC-x的倍率能力。(d) 不同的高倍率時CNF-GC-3的恒流電壓分布圖。(e) 不同的高倍率時CNF-GC-3的循環性能。(f) CNF-GC-3與以前其他報告的綜合性能比較。

圖7. (a)掃描速率為0.1 mV s^-1時CNF-GC-3和NVP/C的CV曲線。(b)不同掃描速率下的CV曲線。(c) CNF-GC-3的Ip vs v^1/2曲線。(d) log v vs log i的線性擬合。(e)帶等效電路模型插入的兩電極帶電態Nyquist圖。(f) NVP/C與CNF-GC-3的 ' Z'-ω^-0.5線性關系。

圖8. CNF-GC-3多孔雙碳導電結構示意圖。

相關研究成果由中北大學材料科學與工程學院Jiahao Li和Yanjun Chen等人于2023年發表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155553)上。原文：Dual-carbon coated Na₃V₂(PO₄)₃ derived from reduced graphene oxide and nanocellulose with porous structure for high performance sodium-ion batteries。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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