石墨烯应用锂离子电池,提高NaFe2(CN)6钠离子倍率性

日期:2018-03-31 / 人气: / 编辑:jutan / 来源:未知

电化学储能器件对当今社会具有重要作用。现今主要商业化的为锂离子电池,而作为与锂离子电池具有类似原理和结构的钠离子电池因为钠的高丰度和低成本使得它的应用前景将比锂离子电池更加广阔。作为储能电池,要求其具备以下特性:较长的循环寿命,高的能量密度(需要高的输出电量及电压)和高的功率密度。但对于电动汽车应用的话,除较长的循环寿命外,较高的功率密度也是其重要的指标之一,因为电动汽车加速时对电池的快速充放电有一定的要求。

然而其应用主要受限于钠离子较大的离子尺寸和缺乏高性能正极材料导致的低功率密度和较差的循环性能。随着科技的发展,许多种高性能钠离子电池正极材料已经被开发出来。例如, Na3V2(PO4)3, NaV3O8, NaCrO2 都能表现出较好的循环性能,在循环200周后,仍保持约90%的首周容量。但是,这些材料都含有些不太环保的元素(V, Cr)。之前,我们团队报道了富钠的NaFe2(CN)6, 发现其循环性能很优异(400周后的容量保持率为97%),而且这种材料具有价格低廉,环保等特点。

但是,其倍率性能不是太理想。因此,本文为改善NaFe2(CN)6的倍率性能做了相关工作。 本文利用铁氰化钠的特性,研发了一种简单易行且不用任何外加还原剂的方法制备具有化学键结合的NaFe2(CN)6/石墨烯复合物。Na4Fe(CN)6在酸性环境下可以分解出Fe2+,Fe2+通过静电作用可以吸附在氧化石墨烯表面,且具有较低的还原电位的Fe2+可以还原氧化石墨烯而自身被氧化成Fe3+。

Fe3+继续与未分解的Na4Fe(CN)6生产NaFe2(CN)6, 从而得到NaFe2(CN)6/石墨烯复合物。这个过程中NaFe2(CN)6与石墨烯之间形成了Fe-O-C化学键,使得其在室温下表现出优异的倍率性能,在10C, 20C和50C的倍率下,NaFe2(CN)6/石墨烯复合物分别输出78.1, 68.9和46.0 mAh/g的容量。而且,其循环性能也很优异,循环600周后,仍剩余约90%的初始容量。

本工作发表在Wiley旗下的旗舰期刊Small Methods上,第一作者为澳大利亚伍伦贡大学的李维杰博士, 通讯作者为伍伦贡大学的侴术雷教授和韩国东国大学的Yong-Mook Kang。