MXene/石墨烯纳米复合材料的制备及其在锂离子电池负极中的应用

来源 :中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:bingke111888
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为应对全球能源危机,我们需要开发更加可靠的新能源储能设备,锂离子电池在这方面已被证明是最佳候选者。锂离子电池的容量可以通过电池设计和电极材料的开发来进一步提高。长期以来,石墨一直被用作锂离子电池的负极,但它的能量密度较低。因此,迫切需要开发高容量、循环稳定的新一代负极材料。铌碳化物作为极少被研究的MXene系列成员,有很大潜力被用作高容量的锂离子电池负极材料。但是由于自堆叠的问题,导致其活性位点数目和可用表面积减小。在本论文研究中,我们制备了碳化铌与部分还原氧化石墨烯的复合材料。由于石墨烯片的引入,MXene片的层间距离增加,将其用作锂离子电池负极时,在0.1 A g-1的电流密度下循环500次之后,复合电极材料仍能保持270 mA h g-1的容量。此后,为了进一步改善材料的性能,我们通过静电吸附作用,制备了碳化铌与还原氧化石墨烯的多孔混合气凝胶。多孔结构不仅增加了可接触的表面积,而且增加了电解质离子嵌入的活性位点。rGO的添加不仅有助于解决MXene的自堆叠问题,而且还保持了复合材料的高导电性。将这种复合材料用作锂离子电池负极时,即使在1 Ag-1电流密度下循环1000次,仍然保有260 mA g h-1的容量。在本论文的研究中,我们利用石墨烯与铌碳化物组装成复合电极材料,克服了容量衰减的同时还具备高能量密度的特点,是一种具有良好应用前景的锂离子电池电极材料。
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