設計具有高導電性、強捕獲能力和長期耐用等優點的納米結構主機，以改善紅磷(RP)的絕緣特性和極大的體積變化，是開發高性能鋰/鈉離子電池(LIBs/SIBs)的一種有前景的選擇。在這里，我們提出并制作了一種多功能的RP固定器，它包含一個氮摻雜的空心MXene球(NM)和雙面多孔碳網絡(DCNM)。在這種配置下，高導電性的大孔NM不僅有利于電子的快速傳遞，而且還可以作為捕獲中心，通過強的化學吸附捕獲聚磷，而均勻分布的微介孔碳網絡在球體內外提供可靠的RP調節，減輕體積膨脹，并創建相互穿透的離子擴散和電子傳遞通道。得益于三殼結構和唯一約束的協同作用，類似hoya的DCNM@RP陽極對lib和sib表現出顯著增強的電化學性能，提供了高可逆容量、出色的速率特性和延長的循環性能:在2℃下，高達1800次循環，每循環容量衰減0.01%，每循環超過1000次的sib衰減0.024%。
圖1 示意圖說明DCNM@RP復合材料的制造。
圖2. (a) HM的SEM圖像和(b, c) TEM圖像和相應的元素映射(插圖:MX@PS混合的SEM圖像)。(d) DCNM的SEM圖像和(e - g) TEM圖像以及相應的元素映射。(h, i) DCNM@RP的SEM圖像和對應的RP mapping圖像。
圖3 (a) DCNM、HM和MX的XRD譜圖。(b) DCNM和HM的XPS測量光譜。(c) XPS Ti 2p和(d) XPS N 1s的DCNM光譜。(e) N
2吸附/解吸等溫線和(f) DCNM、HM和DCNM@RP對應的孔徑分布。
圖4. LIBs的電化學性能。
圖5 (a) lib在0.1到1.0 mV s−1的各種掃描速率下DCNM@RP陽極的CV曲線。(b)觀察到的陽極峰和陰極峰的DCNM@RP和SCNM@RP陽極的log(Ip)和log(v)的關系。(c)在0.4 mV s−1時分離的DCNM@RP陽極的電容控制和擴散控制貢獻。(d) DCNM@RP陽極在不同掃描速率下的電容貢獻比。(e)衍生自CV輪廓的DCNM@RP和SCNM@RP陽極的陰極和陽極峰的Ip/v1/2。(f) lib中DCNM@RP, SCNM@RP和HM@RP節點的GITT配置文件。(g) Li+離子擴散系數隨三種陽極在鋰化和蝕除過程中狀態的變化。
圖6 優化了LiP5在(a) Ti3C2和(b)摻雜n的Ti3C2表面上的結構和吸附能。
圖7 SIBs的電化學性能。
相關科研成果由上海交通大學材料科學與工程學Xiaobin Hu等人于2023年發表在ACS Nano (https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141275)上。原文：Hoya-like Hierarchical Porous Architecture as Multifunctional Phosphorus Anode for Superior Lithium−Sodium Storage。
轉自《石墨烯研究》公眾號
