采用無(wú)過(guò)渡金屬陰極的鈉金屬電池(SMBs)對(duì)于低成本、高能量密度的儲(chǔ)能應(yīng)用具有重要意義。本文報(bào)道了一種策略以提高無(wú)金屬陰極的能量密度，通過(guò)將電解質(zhì)從死質(zhì)量轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能貢獻(xiàn)者。用NaI部分替代電解質(zhì)中NaClO4，從而增加I3−/I−氧化還原對(duì)的電化學(xué)反應(yīng)，以提高電池性能。這里，制備了氮摻雜的氧化石墨烯包覆介孔碳球(N-MCS@GO)作為陰極，通過(guò)I3−/I−氧化還原增強(qiáng)SMBs。實(shí)驗(yàn)表明:介孔結(jié)構(gòu)通過(guò)提供實(shí)質(zhì)性的界面來(lái)提高I3−/I−氧化還原對(duì)的電化學(xué)性能，從而提高電容儲(chǔ)能;氧化石墨烯對(duì)介孔碳球的自放電有抑制作用，庫(kù)侖效率由70.4%提高到91.9%。組裝成全電池配置，N-MCS@GO在NaI活化的電解質(zhì)中，可以提供279.6 mAh g−1的容量和459.2 Wh kg−1的能量密度。I3−/I−氧化還原循環(huán)1000次后仍能保持其活性，且無(wú)明顯衰減，凸顯了I3−/I−氧化還原增強(qiáng)SMBs的實(shí)際應(yīng)用。
Figure 1. a,b) N-MCS的SEM圖像。d，e，g) N-MCS的TEM圖像。c) N-MCS@GO的SEM和f) TEM圖像。h,i) N-MCS的EDS映射。
Figure 2. a) N-MCS的XRD譜圖和b) Raman譜圖。c) N-MCS在77 K時(shí)的N2物理吸附等溫線和孔徑分布。d) XPS總譜和e) C 1s和f) N 1s高分辨率譜。
Figure 3.在常規(guī)NaClO4電解液中的SMBs性能:a) N-C, b) N-MCS, c) N-MCS@ GO在不同掃描速率下的循環(huán)伏安圖。d)擴(kuò)散儲(chǔ)能和電容儲(chǔ)能循環(huán)伏安圖的理想模型。e) N-C、N-MCS和N-MCS@GO的電容儲(chǔ)能貢獻(xiàn)。f)電容儲(chǔ)能和擴(kuò)散儲(chǔ)能原理圖。
Figure 4．a(chǎn)) N-C、N-MCS和N-MCS@GO在0.5 mV s-1下于NAE-0.05電解液中的循環(huán)伏安圖。b) SMBs體系中附加的I3 - /I -氧化還原對(duì)電化學(xué)原理圖。
該研究工作由天津大學(xué)Xiaohong Sun課題組于2021年發(fā)表Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：I3–/I– Redox Enhanced Sodium Metal Batteries by Using Graphene Oxide Encapsulated Mesoporous Carbon Sphere Cathode。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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