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Chem. Eng. J.:超细ZnSe纳米晶体嵌入氮掺杂多孔碳纳米纤维作为钾离子电池负极材料

2021-10-23   易丝帮

钾离子电池(KIBs)是一种很有前途的大规模应用储能系统。然而,由于K+的大直径,这些电池的电化学性能有限,特别是在循环稳定性方面。因此,设计适用于实际KIBs的新型电极材料至关重要。在本研究中,通过静电纺丝锌基沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)和随后的热处理,成功制备了嵌入超细ZnSe纳米晶体的新型N掺杂多孔碳纳米纤维作为KIBs的先进负极材料。通过在热处理过程中将ZIF-8纳米粒子转化为中空碳框架,在纳米纤维内产生了大量的介孔。独特的一维结构为K+存储提供了足够的活性位点,缩短了离子的扩散路径,增强了电极的结构稳定性。N掺杂碳基体也有效地减轻了ZnSe纳米晶体中的机械应力并提高了导电性。因此,当用作KIBs负极进行测试时,一维多孔纳米结构电极在1000次循环中表现出优异的长期循环稳定性,在0.5 A g-1下的可逆容量为270 mA h g-1,在2.0 A g-1下的额定容量高达139 mA h g-1。

 

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图1.Zn@PCNF的(a)SEM图像,(b,c)TEM图像,(d)HR-TEM图像,(e)SAED图谱和(f)元素映射。


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图2.ZnSe@PCNF的(a)SEM图像,(b,c)TEM图像,(d)HR-TEM图像,(e)SAED图谱和(f)元素映射。


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图3.ZnSe@PCNF的高分辨率XPS光谱:(a)C1s,(b)N1s,(c)Se3d和(d)Zn2p。


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图4.ZnSe@NC的(a)SEM图像,(b,c)TEM图像,(d)HR-TEM图像,(e)SAED图谱和(f)元素映射图像。


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图5.(a)ZnSe@PCNF和(b)ZnSe@NC的循环伏安(CV)曲线。


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图6.ZnSe@PCNF电极的原位EIS测量:(a)奈奎斯特图和(b)总电阻随电池电位的变化。


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图7.ZnSe@PCNF、ZnSe@NC、Zn@PCNF和裸CNF的电化学性能:(a)初始充放电曲线,(b)长期循环性能和库仑效率,(c)倍率性能。


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图8.(a,b)峰I和II的CV曲线,(c,d)对数电流与对数扫描速率之间的线性关系,(e,f)2.0mV/s下的电容贡献(彩色区域),(g,h)不同扫描速率下电容贡献的归一化贡献率。


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图9.(a)新鲜状态以及(b)第1次和(c)第180次循环后的奈奎斯特图。(d)阻抗实部(Zre)与ω-1/2之间的关系图。

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