受益于獨(dú)特的有序度和局部微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征，硬碳（HC）被認(rèn)為是鈉離子電池（SIB）最有前途的負(fù)極。不幸的是，較低的初始庫(kù)侖效率（ICE）和有限的可逆容量嚴(yán)重阻礙了其廣泛應(yīng)用。在這里，通過(guò)低壓CVD方法在硬碳表面原位生長(zhǎng)出由外延生長(zhǎng)的卷曲石墨烯組成的改性層。表面的卷曲石墨烯不僅提高了硬碳的電子/離子導(dǎo)電性，而且還有效地屏蔽了其表面缺陷，增強(qiáng)了其庫(kù)倫效率。由于卷曲石墨烯（CG）的自發(fā)卷曲結(jié)構(gòu)特征，形成的微孔（≤2 nm）提供了額外的活性位點(diǎn)，增加了其比容量。當(dāng)用作鈉離子電池的負(fù)極時(shí)，HC/CG復(fù)合材料顯示出358 mAh·g
-1的高可逆容量和88.6%的首次庫(kù)倫效率，5 A·g
-1大電流放電條件下仍獲得145.8 mAh·g
-1比容量，1A·g
-1下循環(huán)1000次后仍具有88.6%的容量保持率，表明其具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作為硬碳負(fù)極提供了一種簡(jiǎn)單有效的表面局域缺陷/微結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，并加深了對(duì)低壓平臺(tái)區(qū)Na
+儲(chǔ)存行為的理解，特別通過(guò)形成準(zhǔn)金屬團(tuán)簇作為儲(chǔ)鈉行為的孔隙填充機(jī)制。
Figure 1. （a）卷曲石墨烯的生長(zhǎng)機(jī)制示意圖。（b-e）卷曲石墨烯在不同生長(zhǎng)階段的 TEM 圖像。
Fig 2. （a-d）HC和HC-G1.5樣品的TEM和HRTEM圖像。(e) 各樣品的N2等溫吸脫附曲線(xiàn)。（f）通過(guò)BJH方法檢測(cè)的樣品孔徑分布。（g）HC-G1.5的SAXS曲線(xiàn)擬合信息。
Fig 3. （a）HC和HC-G1.5的拉曼分峰信息。（b）HC和HC-G1.5的XPS圖譜。（c）HC，HC-G1，HC-G1.5，HC-G3和HC-G5的首圈充放電曲線(xiàn)。（d，e）HC和HC-G1.5循環(huán)前后的EIS譜。
Fig 4. （a）HC和HC-G1.5在1 C下的循環(huán)曲線(xiàn)。（b）不同樣品的倍率性能對(duì)比。（c，d）HC和HC-G1.5在不同電流密度下的充放電曲線(xiàn)。（e，f）不同電流密度下HC和HC-G1.5在各電位區(qū)間下的容量分布。
Fig 5（a，b）HC和HC-G1.5的CV曲線(xiàn)。（c，d）CV曲線(xiàn)中l(wèi)og (ip) 對(duì)log (υ) 的線(xiàn)性擬合。（e，f）HC和HC-G1.5在1mV s-1下的贗電容貢獻(xiàn)細(xì)節(jié)圖。（g，h）不同掃描速下的贗電容貢獻(xiàn)百分比。（i）由GITT測(cè)試得到的不同電位下的鈉離子擴(kuò)散系數(shù)。
Fig 6. （a）HC-G1.5在不同放電點(diǎn)位下的XPS Na 1s圖譜。（b）HC和HC-G1.5在嵌鈉態(tài)下不同深度的XPS Na 1s圖譜。（c）HC和HC-G1.5在不同放電電位下的Raman圖譜。（d）HC-G1.5||NLNMO全電池的倍率性能。（e）HC-G1.5||NLNMO在0.2 C下的循環(huán)曲線(xiàn)。（f）與其他工作的比較。（g）鈉離子在微孔中形成準(zhǔn)金屬團(tuán)簇的示意圖。
相關(guān)研究工作由西北工業(yè)大學(xué)Keyu Xie課題組于2023年在線(xiàn)發(fā)表在《Nano Research》期刊上，原文：Growing curly graphene layer boosts hard carbon with superior sodium-ion storage。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
