【摘 要】
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近年来,可充电锂离子电池(LIBs)具有能量密度高,循环寿命长和污染少的优点,在便携式电子设备(笔记本电脑,移动电话)和电动汽车的储能系统中占据主导地位。然而,可以预见的是,由于锂资源的短缺和其高昂的价格,在可预见的将来锂离子电池的大规模应用将受到限制。因此,由于钠资源的高自然丰度和低廉的价格,钠离子电池(SIBs)被认为是锂离子电池的有前景的替代品。尽管钠离子电池具有与锂离子电池相似的工作原理,
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近年来,可充电锂离子电池(LIBs)具有能量密度高,循环寿命长和污染少的优点,在便携式电子设备(笔记本电脑,移动电话)和电动汽车的储能系统中占据主导地位。然而,可以预见的是,由于锂资源的短缺和其高昂的价格,在可预见的将来锂离子电池的大规模应用将受到限制。因此,由于钠资源的高自然丰度和低廉的价格,钠离子电池(SIBs)被认为是锂离子电池的有前景的替代品。尽管钠离子电池具有与锂离子电池相似的工作原理,但由于钠离子的离子半径(1.02(?))比锂离子的离子半径(0.76(?))大,所以钠离子电池的电化学反应动力学过程更缓慢,且能量密度更低。为了开发得到可商用的钠离子电池,必须开发高性能的钠离子电池负极材料。黑磷(BP)由于其2596 mAh/g的超高理论容量和高电导率(≈300 S/m)被公认为是钠离子电池(SIBs)的潜在候选负极材料。但是,其在嵌钠/脱嵌过程中产生的较大的体积膨胀和收缩会导致较差的循环稳定性。将黑磷粉末通过与氮掺杂碳纳米球磨进行改性,在其表面包覆氮掺杂碳纳米管,构建导电网络。改性后的黑磷材料的电化学性能得到显著提升。黑磷/氮掺杂碳纳米管复合材料的第二次放电容量约为1728 mAh/g,在0.2 C(1 C=2596 mA/g)的电流密度经过一百次充放电循环后,其放电容量为1697 mAh/g,其容量保持率为98.2%(与第二个循环相比)。在这项工作中,通过简单的两步机械研磨工艺,成功制造了具有双碳导电网络的黑磷/纳米石墨粉/掺氮多壁碳纳米管(BP/G/CNTs)复合材料作为有希望的钠离子电池负极材料。其独特结构可以减轻体积变化的影响,并在循环过程中提供更多的电子传导途径。此外,磷-氧-碳键的形成有助于维持黑磷和碳基体之间的紧密连接,从而改善循环和速率性能。结果显示,BP/G/CNTs复合材料为SIBs提供了高的初始库仑效率(89.6%)和高的比容量(在0.2 C的电流密度下进行100次充放电循环后容量为1791 mAh/g;在0.5 C的电流密度下进行100次充放电循环后容量为1665 mAh/g)。
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