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科研人員發(fā)現(xiàn)新鐵碳納米纖維 可實(shí)現(xiàn)高性能儲(chǔ)能
日期:2022-04-08   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
隨著全球不斷轉(zhuǎn)向碳中和,儲(chǔ)能技術(shù)變得越來越重要,因此需要進(jìn)一步推動(dòng)汽車和可再生能源領(lǐng)域的電氣化。而鋰離子技術(shù)對于推動(dòng)這一轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。據(jù)外媒報(bào)道,中國石油大學(xué)研究人員的一項(xiàng)新研究展示了一種提高電池和電容器存儲(chǔ)性能的新方法,可生產(chǎn)性能卓越的材料,用于鋰離子存儲(chǔ)設(shè)備。

圖片來源:期刊Nano Research

中國石油大學(xué)新能源學(xué)院研究院Han Hu表示:“在所有可用的候選設(shè)備中,采用鋰存儲(chǔ)化學(xué)的儲(chǔ)能設(shè)備,如鋰離子電池和鋰離子電容器,可以在當(dāng)前階段提供最佳性能。”

然而,鋰離子技術(shù)因尺寸和效率無法在儲(chǔ)能應(yīng)用普及。要提高電動(dòng)汽車的市場競爭力,鋰離子電池必須在重量和體積方面進(jìn)行優(yōu)化。因此,進(jìn)一步提高存儲(chǔ)容量可能是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵,而通過使用新材料對鋰離子電池和電容器性能進(jìn)行研究至關(guān)重要。

摻雜氮的碳質(zhì)材料是目前鋰電池和電容器的主要選擇,其中電子和離子轉(zhuǎn)移是電化學(xué)儲(chǔ)能的基本過程。然而由于碳質(zhì)材料是非極性的,且分子中的電荷均勻分布,因此帶電的鋰離子(Li+)很難粘附到材料上,盡管其不飽和結(jié)構(gòu)已提供合適的鍵合能。

因此,研究人員將碳納米纖維與鐵(Fe)結(jié)合在一起,以調(diào)節(jié)其表面化學(xué)性質(zhì),從而促進(jìn)電子和離子轉(zhuǎn)移。通過使用靜電紡絲,研究人員生產(chǎn)出一系列含鐵的碳納米纖維樣品。然后,他們使用各種電化學(xué)測試方法評估了樣品的Li+存儲(chǔ)性能。掃描和透射電子顯微鏡顯示平滑纖維的3D互連網(wǎng)絡(luò)沒有鐵顆粒團(tuán)塊,這表明它們分散良好。

結(jié)果表明,添加原子Fe改變了碳材料的電子結(jié)構(gòu),從而提高了導(dǎo)電性,同時(shí)降低了Li+的擴(kuò)散電阻。研究人員解釋說,電化學(xué)性能的提高主要是通過原子Fe的協(xié)同效應(yīng)和Fe-N鍵的形成,使Li+可以粘附更多的活性位點(diǎn),因此鋰存儲(chǔ)性能得到改善。該全新陽極可支持5000次高電流密度循環(huán),并提供持續(xù)的電力,同時(shí)提供高能量和大功率密度。其交錯(cuò)的纖維結(jié)構(gòu)還可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,并提高了導(dǎo)電性。

研究人員稱使用碳納米纖維可以彌合基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用之間的差距。他們預(yù)計(jì)該新型材料可用于一系列儲(chǔ)能設(shè)備。Hu稱:“電紡碳納米纖維墊具有很高的柔韌性,這表明它們還有可能用于柔性和可穿戴的儲(chǔ)能裝置。”該碳納米纖維墊將用作電極。此外,研究人員表示還將探索使用其他單原子金屬鈉、鉀和鋅來增加電化學(xué)能量的存儲(chǔ)。

原標(biāo)題: 科研人員發(fā)現(xiàn)新鐵碳納米纖維 可實(shí)現(xiàn)高性能儲(chǔ)能
 
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