磺酸基修饰石墨烯复合材料的储钠性能研究  被引量:1

Sodium ions storage performance of PSS-rGO composites

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作  者:吴乾鑫 刘磊 孙晋蒙[1,2,3] 李一帆 刘宇航 杜洪方 艾伟 杜祝祝 王科 WU Qianxin;LIU Lei;SUN Jinmeng;LI Yifan;LIU Yuhang;DU Hongfang;AI Wei;DU Zhuzhu;WANG Ke(Ningbo Institute,Northwestern Polytechnical University,Ningbo 315048,Zhejiang,China;Frontiers Science Center for Flexible Electronics,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China;Shaanxi Institute of Flexible Electronics&Shaanxi Institute of Biomedical Materials and Engineering,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China)

机构地区:[1]西北工业大学宁波研究院,浙江宁波315048 [2]西北工业大学柔性电子前沿科学中心,西安710072 [3]西北工业大学陕西柔性电子研究院&陕西生物医学材料与工程研究院,西安710072

出  处:《材料工程》2022年第4期36-43,共8页Journal of Materials Engineering

基  金:国家自然科学基金项目(52102305);宁波市自然科学基金(2021J051);西北工业大学2020年度硕士研究生创意创新种子基金(CX2020284)。

摘  要:对石墨烯进行功能化处理,可得到具有合适层间距和较高离子扩散速率的理想石墨烯基电极材料,其作为钠离子电池负极材料有着重要的应用潜力。通过在石墨烯结构中进行原位插层反应,成功制备出聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)插层的石墨烯复合材料(PSS-rGO)。这种插层结构是基于石墨烯的π电子可以与PSS结构中的π电子相互作用,使得石墨烯层间距增大并抑制其堆积。同时,PSS中的磺酸钠基团可有效提高钠离子扩散速率,增强电极对钠离子的吸附能力,从而提升钠离子电池的循环性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、电化学工作站和多通道电池综合测试仪对样品进行测试分析。结果表明,PSS-rGO电极在5 A·g^(-1)的电流密度下循环6000圈后容量可保持在256 mAh·g^(-1),单圈衰减率为0.003%,表现出优异的循环性能。本研究为开发高比容、快速储钠以及长寿命的钠离子电池负极材料提供了可行思路。The functionalized graphene,with prominent capability over expansion of interlayer spacing and enhancement of sodium ion diffusivity,has gained paramount interests in fabricating anode of sodium ion batteries(SIBs).Here,a poly(sodium 4-vinylbenzenesulfonate)graphene composite(PSS-rGO)was synthesized via an in situ insertion process.The insertion structure is based on theπ-πinteraction between the electron of graphene and the electron of PSS,which expands the interlayer spacing of rGO and,more importantly,stabilizes the structure of the composites,restrains the stack of graphene.Beyond that,the introduced sodium sulfonate groups are capable of increasing the diffusion rate of sodium ions for fast sodium ion adsorption,ensuring superior cycling performance.The performances of the simples were characterized by scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM),X-ray diffraction(XRD),Raman spectrometer(Raman),X-ray photoelectron spectrometer(XPS),electrochemical workstation and battery detection system.The results show the PSS-rGO remains a reversible capacity of 256 mAh·g^(-1) at 5 A·g^(-1) after 6000 cycles,with an ultralow decay rate of 0.003%.This work provides a feasible avenue for exploring advanced organic-inorganic hybrid materials with high capacity,fast sodium storage and ultralong lifespan for SIBs.

关 键 词:钠离子电池 负极材料 石墨烯 磺酸钠基团 原位插层 

分 类 号:TM912[电气工程—电力电子与电力传动]

 

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