基于“相分离”多孔碳纳米管的高性能钠离子电池负极

尽管碳材料在锂离子电池的运用已经商业化,但其在钠离子电池方面的研究一直停滞不前。一个主要的原因在于Na+的半径比Li+大55%,所以在很大的程度上限制了碳材料的发展。最近的研究发现碳纳米管具有导电性好、化学性质稳定等特点,会是一种不错的储能材料。

基于“相分离”多孔碳纳米管的高性能钠离子电池负极

湖南大学物理与微电子科学学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室张明课题组与University of Washington的Guozhong Cao课题组合作,利用相分离原理,采用静电纺丝法制备了具有核壳结构的MoO2@C纳米纤维,最后通过热的稀硝酸将MoO2刻蚀得到多孔的空心的碳纳米管。一方面通过高温退火处理可得到具有适应Na+嵌入脱出的无序的碳结构,另一方面刻蚀MoO2得到502.9 m2/g的比表面积和众多的孔径既方便Na+的迁移又可提供大量的活性吸附位点。所以在钠离子电池的测试中表明,在0.5 A g-1的电流密度下750循环后多孔的碳纳米管电极仍可获得183.3 mA h g-1,甚至在1 A g-1的电流密度下1000循环后仍能保持131.9 mA h g-1的容量,甚至在5 A g-1的电流密度下1200循环后多孔的碳纳米管电极的容量仍具有110 mA h g-1。

研究者相信,此项研究将会为制备碳纳米管提供一种更加简单而又广泛适用的方法,并将制备出的碳纳米管应用在电池、催化等领域。相关成果以封面论文在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201604045)上。

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