【摘 要】
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以无水乙醇为碳源、二茂铁为催化剂前驱体、噻吩作为碳纳米管生长促进剂,通过改变催化剂前驱体的添加量,采用低压预混火焰燃烧法制备了3种不同组分比例的无定形碳(Amorphous Carbon,AC)/单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes,SWCNTs)薄膜,随后将其作为自支撑负极材料组装钠离子电池.采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、拉曼光谱和热重分析等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和组成进行分析,并通过充放电性能测试分析材料的电化学性能.研究发现,随着催化剂含量的增加
【机 构】
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太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室,山西太原030024;太原理工大学煤科学与技术教育部重点实验室,山西太原030024
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以无水乙醇为碳源、二茂铁为催化剂前驱体、噻吩作为碳纳米管生长促进剂,通过改变催化剂前驱体的添加量,采用低压预混火焰燃烧法制备了3种不同组分比例的无定形碳(Amorphous Carbon,AC)/单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes,SWCNTs)薄膜,随后将其作为自支撑负极材料组装钠离子电池.采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、拉曼光谱和热重分析等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和组成进行分析,并通过充放电性能测试分析材料的电化学性能.研究发现,随着催化剂含量的增加,碳材料的层间距逐渐增大,材料的晶化程度降低,无定形碳成分增多,为Na+的可逆储存提供了空间.利用TG分析材料组成,发现当催化剂含量为0.0189时,样品(AC/SWCNTs-3)具有最大的无定形碳含量,为67.01％.此时,样品的碳层间距最大,实现了Na+的高效嵌入/脱出,而相互交联的SWCNTs网络结构为电子的传输提供通道,作为附着无定形碳的载体延缓了容量的衰退,表现出最佳的电化学性能.经过60圈倍率性能测试,AC/SWCNTs-3表现出良好的可逆性,可逆比容量达到220.7 mAh/g,在50 mA/g电流密度下循环150圈,电极仍可维持146.7 mAh/g的比容量.此外,样品AC/SWCNTs-3的反应过程是扩散控制占主导的储钠机制.在扫速0.1 mV/s下,电容贡献率为19.3％.综上,在AC/SWCNTs复合材料中,无定形碳提供了丰富的活性位点,中空管状结构的SWCNTs可作为电子快速传输的通道,保证了Na+在电池工作过程中的快速扩散和可逆存储,使AC/SWCNTs复合材料在钠离子电池中表现出更好的电化学性能.
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