如今,随着化石燃料的不断枯竭和对可再生能源的迫切需求,人们努力开发高效的电化学存储系统,如锂离子电池(LIBs)、锂硫化物电池、钠离子电池 (SIB)和超级电容器。具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池已广泛应用于大型智能电网和便携式电子设备等储能设备。然而,有限的锂丰度将不可避免地阻碍锂离子电池的发展。在这方面,由于钠资源丰富且成本低廉,SIB 被认为是 LIB 的有前途的替代品。
迄今为止,硬碳负极因其高容量(≈350 mA h g−1)和低工作电压(约 0.3 V)而被认为是最有前途的 SIB 材料。然而,容量和倍率性能仍不尽如人意。因此,人们付出了广泛的努力来探索用于 SIB 的新型负极和正极材料。其中,钴硫族化物由于其突出的理论容量和窄带隙,显示出作为正极材料的巨大潜力。特别是,与金属-氧/硫键相比,相对较弱的金属硒键使键断裂在转化反应中更有利,这是因为 Se 具有比 O 和 S 更大的离子半径。然而,钴硫族化物的钠离子存储性能不尽如人意,这是由于电子和离子性差以及在钠化/脱钠过程中不可避免的体积变化。
为了解决这个问题,来自中国地质大学(武汉)的学者采用成孔工程对石墨烯进行穿孔,同时实现Co3Se4纳米粒子的原位生长。面内纳米孔的产生突破了石墨烯纳米片的物理屏障,使电解质离子能够在纵向快速扩散。此外,由于Co3Se4 在石墨烯上的高亲和力,这种设计限制了 Co3Se4 纳米粒子的聚集。得益于巧妙结构赋予的高电导率和快速离子传输,Co3Se4/多孔石墨烯在 5.0 A·g-1下表现出 519.5 mAh g-1 的显着倍率性能和理想的循环稳定性。从这项研究中得出的结论是,钠在石墨烯基复合材料内部的传输对于提高倍率性能至关重要,该方法可有效地将石墨烯基纳米材料改性为潜在的负极材料。
迄今为止,硬碳负极因其高容量(≈350 mA h g−1)和低工作电压(约 0.3 V)而被认为是最有前途的 SIB 材料。然而,容量和倍率性能仍不尽如人意。因此,人们付出了广泛的努力来探索用于 SIB 的新型负极和正极材料。其中,钴硫族化物由于其突出的理论容量和窄带隙,显示出作为正极材料的巨大潜力。特别是,与金属-氧/硫键相比,相对较弱的金属硒键使键断裂在转化反应中更有利,这是因为 Se 具有比 O 和 S 更大的离子半径。然而,钴硫族化物的钠离子存储性能不尽如人意,这是由于电子和离子性差以及在钠化/脱钠过程中不可避免的体积变化。
为了解决这个问题,来自中国地质大学(武汉)的学者采用成孔工程对石墨烯进行穿孔,同时实现Co3Se4纳米粒子的原位生长。面内纳米孔的产生突破了石墨烯纳米片的物理屏障,使电解质离子能够在纵向快速扩散。此外,由于Co3Se4 在石墨烯上的高亲和力,这种设计限制了 Co3Se4 纳米粒子的聚集。得益于巧妙结构赋予的高电导率和快速离子传输,Co3Se4/多孔石墨烯在 5.0 A·g-1下表现出 519.5 mAh g-1 的显着倍率性能和理想的循环稳定性。从这项研究中得出的结论是,钠在石墨烯基复合材料内部的传输对于提高倍率性能至关重要,该方法可有效地将石墨烯基纳米材料改性为潜在的负极材料。