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          上海交通大學王開學ACS Appl. Nano Mater.:N-CNFs負極的制備及其儲鉀性能研究

          2023-06-19   易絲幫

          由于鉀供應充足,鉀離子電池(PIBs)被認為是鋰離子電池(LIBs)的一種有前途的替代電池系統。碳質材料是這些電池的首選負極材料。然而,碳質負極材料的電化學性能仍不盡人意,在一定程度上阻礙了PIBs的發展。在這項工作中,以尿素作為氮源,通過煅燒細菌纖維素合成了氮摻雜碳納米纖維(N-CNFs)。當用作PIBs負極材料時,經250次循環后N-CNFs在0.2C下表現出205mAh/g的穩定比容量,在5.0C下表現出149.7mAh/g的出色倍率性能。氮摻雜結構可以促進K+和電子傳導,這將有效提高電極的電化學性能。此外,原位X射線光電子能譜和X射線衍射圖譜分析說明了K+在N-CNF電極中的可逆嵌入。

           

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          圖1.(a)N-CNFs的SEM圖像和(b,c)TEM圖像。(c)中的插圖顯示了高分辨率TEM圖像。(d)HAADF-STEM圖像以及C(紅色)、N(綠色)和O(藍色)的相應元素分布圖。


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          圖2.(a)N-CNFs和CNFs的XPS全掃描光譜。(b)N-CNFs的高分辨率N1s光譜以及(c)N-CNFs中三種氮缺陷的示意圖,包括石墨-N、吡啶-N和吡咯-N。(d)N-CNFs和CNFs的N2吸附等溫線。


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          圖3.(a)N-CNFs在0.1mV/s的掃描速率下的CV曲線。(b)N-CNFs在0.2C時的恒電流曲線,插圖顯示了N-CNFs和CNFs的第一次循環。(c)N-CNFs和CNFs電極的循環和(d)倍率性能。


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          圖4.(a,b)第一次循環中新鮮、完全放電和充電狀態下N-CNF電極的非原位拉曼光譜,D和G帶的峰強度比(ID/IG)以及(c)XRD圖譜。(d)第一次循環中完全放電狀態下N-CNFs的原位TEM和元素映射表征。

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