一区二区三区三上|欧美在线视频五区|国产午夜无码在线观看视频|亚洲国产裸体网站|无码成年人影视|亚洲AV亚洲AV|成人开心激情五月|欧美性爱内射视频|超碰人人干人人上|一区二区无码三区亚洲人区久久精品

0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評(píng)論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫(xiě)文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識(shí)你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

消除碳質(zhì)電極的微孔限制效應(yīng)提高鋅離子儲(chǔ)存能力

倩倩 ? 來(lái)源:清新電源 ? 作者:清新電源 ? 2022-08-30 16:35 ? 次閱讀
加入交流群
微信小助手二維碼

掃碼添加小助手

加入工程師交流群

【研究背景】

得益于Zn負(fù)極的高比能和安全性,水系鋅電(ZIBs)受到了廣泛關(guān)注,然而,Zn2+和該體系正極緩慢的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué),導(dǎo)致其功率密度較低,制約了其發(fā)展。相比之下,電容器可實(shí)現(xiàn)高倍率充放電,故將二者結(jié)合起來(lái)制成鋅離子電容器(ZICs),具有較好的發(fā)展前景。

理論上看,ZICs的負(fù)極Zn金屬具備極高的容量,對(duì)電極碳材料由于未發(fā)生法拉第反應(yīng),在循環(huán)中結(jié)構(gòu)幾乎無(wú)變化,因此ZICs的理論循環(huán)能力很強(qiáng)。然而,Zn在水中多以[Zn(H2O)6]2+形式存在,其粒徑約0.86 nm,是ZICs中的主要傳荷介質(zhì),正極碳材料孔徑的分布極大影響著的其擴(kuò)散和分布,失配的水合離子粒徑和材料孔徑導(dǎo)致正極碳材料中活性位點(diǎn)難以充分利用。因此,活性碳材料孔徑分布調(diào)控,及其同水合離子粒徑的匹配至關(guān)重要!

【成果簡(jiǎn)介】

近日,南昌大學(xué)袁凱教授、陳義旺教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials上發(fā)表題為“Eliminating Micropore Confinement Effect of Carbonaceous Electrode for Promoting Zn-Ion Storage Capability”的研究論文。作者以ZIF-8為基體制得活性氮摻雜分級(jí)多孔碳材料(ANHPC),其孔道原有的緊縮效應(yīng)得到了很好的限制,同時(shí)其較高比表面積和大量的含氧官能團(tuán)提高了儲(chǔ)Zn活性位點(diǎn)的利用率。該工作為ZICs的碳基正極材料改性以及其實(shí)用化提供了新思路。

【研究亮點(diǎn)】

(1)合成活性氮摻雜分級(jí)多孔碳材料(ANHPC),其具備高比表面積、適合的孔徑尺寸、充足的活性位點(diǎn),以及大量含O官能團(tuán),從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面提升了材料對(duì)Zn的容納能力。

(2)得益于Zn2+、H+和SO42-的協(xié)同作用,提升了材料對(duì)Zn的化學(xué)吸附能力。結(jié)果表明,孔徑和[Zn(H2O)6]2+粒徑的匹配程度越高,體系對(duì)Zn2+的儲(chǔ)存能力越強(qiáng)。

(3)組成的鋅離子電容器(ZICs)可實(shí)現(xiàn)比容量和比能量分別達(dá)到199.1 mAh/g和155.2 Wh/g, 穩(wěn)定循環(huán)65000次,半固態(tài)體系也可穩(wěn)定運(yùn)行100000次,容量保持率達(dá)到98.8 %,高于以往文獻(xiàn)報(bào)道。

【圖文導(dǎo)讀】

材料合成如圖1a所示,圖1b-d為SEM、TEM及對(duì)應(yīng)EDS元素分布圖,材料呈現(xiàn)出典型的十二面體結(jié)構(gòu),表明在活化過(guò)程中材料形貌沒(méi)有被破壞。TEM表明,ANHPC-2保留了NHPC的多面體形狀。HAADF-STEM和對(duì)應(yīng)的EDS元素分布表明C、N、O在ANHPC-2中分布均勻。

c6a75cb4-265c-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

圖1 (a)ANHPC-x的合成示意圖;ANHPC-x的SEM(b)和TEM(c)圖;(d)ANHPC-x的HAADF-STEM圖和對(duì)應(yīng)的EDS元素分布圖。

對(duì)體系進(jìn)行了BET測(cè)試,圖2a結(jié)果表明,ANHPC-x具有多層級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)—微孔&介孔共存??讖椒植急砻鳎▓D2b),ANHPC-x具有分級(jí)微介孔結(jié)構(gòu),且含量高于NHPC。NHPC的PSDs主要表現(xiàn)為微孔結(jié)構(gòu),孔徑集中在0.56 nm。載流子[Zn(H2O)6]2+的尺寸為0.86 nm,NHPC將限制[Zn(H2O)6]2+的快速運(yùn)輸,這反映了微孔的約束效應(yīng)。同時(shí),隨著活化劑用量的增加,介孔的尺寸也隨之增大。

高分辨率C 1s的XPS譜在284.4 eV, 285.8 eV,286.8 eV和288.8 eV的響應(yīng)信號(hào)分別對(duì)應(yīng)-C=C-、-C- N /-C-O、-C=O和- COOH,進(jìn)一步說(shuō)明N和O成功摻雜到基體中(圖2c)。O 1s光譜可擬合出531 eV、532.1 eV、533 eV和534 eV的信號(hào),分別為醌類基團(tuán)(-C=O)、酚類基團(tuán)(-C-OH)、羧基(-COOH)和化學(xué)吸附氧(圖2d)。

c6cf4a3a-265c-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

圖2 NHPC和ANHPC-x的N2吸附脫附測(cè)試曲線(a),以及對(duì)應(yīng)的孔徑分布圖(b);NHPC和ANHPC-x的C1s (c)和O1s (d)的XPS譜圖。

水系ZICs的CV曲線出現(xiàn)氧化還原峰,這與鋅的沉積/溶出和一定的氧化還原反應(yīng)有關(guān)(圖3a)?;贏NHPC-2的ZIC,在10 mV/s處的CV曲線呈現(xiàn)數(shù)最大的積分面積(圖3b),表明其比容量最高。如圖3c所示, GCD曲線表明,在1 A/g下,ANHPC-2具有最高的可逆容量(183 mAh/g?1)。此外, 基于ANHPC-2的ZIC具有良好的倍率性能,在0.5、20和30 A/g電流密度下,可逆容量為199.1、159.6、139.9和130.1 mAh/g(圖3d)。對(duì)比結(jié)果表明,ANHPC-2基ZIC具有較好的電化學(xué)性能(圖3e)。

根據(jù)GCD結(jié)果,在載量為1、3、5、10、20、30和45 mg/cm2時(shí),體系放電比容量為197.2, 134.3, 112.6, 103.4, 94.0, 85.3和73.5 mAh/g(圖3f)?;贏NHPC-2的ZIC具有41.4 kW/kg和155.2 Wh/kg的高功率和能量密度,這比最近報(bào)道的大多數(shù)碳基ZICs要高得多(圖3g)。ANHPC-2基ZIC還具有良好的循環(huán)性能,可穩(wěn)定循環(huán)65000次,容量保持率為99.1%(圖3h)。

c702155a-265c-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

圖3 (a)Zn負(fù)極和ANHPC-2正極在10 mV/s掃速下的CV曲線;(b)正極在10 mV/s掃速下的循環(huán)穩(wěn)定性曲線;(c)1 A/g電流密度下的GCD曲線;(d)倍率測(cè)試曲線;(e)體系倍率性能和過(guò)往報(bào)道性能對(duì)比;(f)在0.5 A/g電流密度下,不同載量的ANHPC-2正極ZICs的GCD曲線;(g)ANHPC-2正極ZICs和過(guò)往報(bào)道性能對(duì)比的Ragone圖;(h)在10 A/g下,ANHPC-2正極ZICs的循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試。

為闡明ANHPC-2的電化學(xué)性能提升原因和電荷存儲(chǔ)貢獻(xiàn)分布,作者系統(tǒng)分析了5-100 mV/s 不同掃速下的CV曲線(圖4a)。根據(jù)還原峰和氧化峰計(jì)算出ANHPC-2的b值分別為0.909±0.01和0.894±0.09,這表明電荷儲(chǔ)存機(jī)制由電容行為貢獻(xiàn)(圖4b)。在10 mV/s時(shí),ANHPC-2正極的法拉第反應(yīng)和電容控制占比分別為38.4%和61.6%(圖4c)。當(dāng)掃速?gòu)? mV/s提升至100 mV/s,電容控制占比由54.8%提高到96%(圖4d),表明ANHPC-2具備良好的動(dòng)力學(xué)性能。相比之下,ANHPC-2的電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)最小(圖4e),表明其電荷轉(zhuǎn)移快,電極/電解質(zhì)界面性能良好(圖4e)?;贏NHPC-2的ZIC的實(shí)際電容最高(C“(ω))值(168 mF),進(jìn)一步證明了其優(yōu)異的電容性能(圖4f)。圖4h進(jìn)一步總結(jié)了ANHPC-2相比于NHPC材料的優(yōu)點(diǎn)。

c72b3b38-265c-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

圖4 (a)ANHPC-2正極在不同掃速下的CV曲線;(b)響應(yīng)電流和掃速的對(duì)數(shù)線性關(guān)系;(c)10 mV/s下,ANHPC-2正極中電容貢獻(xiàn)占比;(d)不同掃速下,電容貢獻(xiàn)控制過(guò)程的歸一化占比;(e)阻抗測(cè)試及擬合結(jié)果示意圖;(f-g)不同屬性容量和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系;(h)ANHPC-2和普通NHPC材料優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。

進(jìn)一步,考察ANHPC-2和Zn負(fù)極在充放電過(guò)程中的形貌、結(jié)構(gòu)和表面組成變化,作者選取第一次第二次循環(huán)的8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明(圖5a)。從A到B,Zn 2p的強(qiáng)度降低,表明Zn2+含量降低。從B到E, Zn 2p的強(qiáng)度上升,表明Zn2+含量升高。E態(tài)Zn 2p的強(qiáng)度高于其他電勢(shì)態(tài)(圖5b),表明深放電時(shí)Zn2+被廣泛吸附在碳正極中。S 2p的強(qiáng)度在E態(tài)的含量最高,這是由于Zn4SO4(OH)6·5H2O在E態(tài)的含量最高(圖5c)。

為了確定Zn2+和氧官能團(tuán)之間的化學(xué)吸附,進(jìn)一步對(duì)高分辨率的C 1s XPS光譜進(jìn)行積分(圖5d)。圖5e表明當(dāng)電位從1.8 V (39%)降低到0.2 V (16%)時(shí),-C=O的含量顯著降低。原位EQCM測(cè)試結(jié)果顯示,ANHPC-2的電荷儲(chǔ)存機(jī)制主要由Zn2+、H+和SO42-的共吸附組成,以及Zn4SO4(OH)6·5H2O的可逆沉淀/溶解組成(圖5f-h)。原位拉曼光譜顯示,充分放電后缺陷程度增加,表明Zn2+吸附會(huì)增加材料缺陷含量(圖5i-j)。

c7521f8c-265c-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

圖5 (a)0.5A/g下GCD 曲線,以及對(duì)應(yīng)不同電位下(b)Zn 2p、(c)S 2p、(d)C 1s的XPS圖;(e) 2M ZnSO4電解液中O 1s在B、E、G狀態(tài)下的XPS圖;(f)5 mV/s下的CV曲線及其質(zhì)量變化響應(yīng);(g)放電和(h)充電過(guò)程中質(zhì)量隨容量的變化曲線;(i) ANHPC-2的等高線原位電化學(xué)拉曼光譜圖;(j) 2M ZnSO4電解液中ANHPC-2的電荷儲(chǔ)存機(jī)理示意圖。

以PVA/Zn(CF3SO3)2凝膠為電解質(zhì)組裝準(zhǔn)固態(tài)器件,圖6a為其自放電曲線,圖6b為倍率性能曲線,圖6c和d分別為不同串并聯(lián)方式,及彎折條件下體系的電化學(xué)性能,該準(zhǔn)固態(tài)器件可輸出159.3 Wh/kg和23.0 kW/kg的高比能和高比功率,優(yōu)于之前報(bào)道(圖6e)。其在8A/g電流密度下,可實(shí)現(xiàn)100000次循環(huán),容量保持率達(dá)到98.8%。

c7995348-265c-11ed-ba43-dac502259ad0.jpg

圖6 ANHPC-2基半固態(tài)ZICs電化學(xué)性能。(a)自放電曲線;(b)倍率性能;(c)不同并聯(lián)和串聯(lián)下的CV曲線;(d)不同彎曲角度下的CV曲線;(e)與過(guò)往報(bào)道的準(zhǔn)固態(tài)ZICs性能對(duì)比的Ragone圖;(f)載量為1mg/cm2、8A/g電流密度下的循環(huán)性能和庫(kù)侖效率;(g)組裝器件驅(qū)動(dòng)用電器的圖示。

【總結(jié)和展望】

綜上所述,活性氮摻雜分級(jí)多孔碳(ANHPC-2)通過(guò)消除微孔約束效應(yīng)和提高活性位點(diǎn)的利用率提升了Zn2+的儲(chǔ)存能力,采用ANHPC-2正極制備的ZIC可逆容量高達(dá)199.1 mAh/g,能量密度高達(dá)155.2 Wh/kg,循環(huán)壽命高達(dá)65000次,優(yōu)異的Zn2+儲(chǔ)存能力也歸因于Zn2+、H+和SO42-的協(xié)同作用。此外,基于ANHPC-2的準(zhǔn)固態(tài)ZIC具有100000次的超長(zhǎng)壽命以及機(jī)械柔性。該研究為進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)用的ZICs提供了新思路。

【文獻(xiàn)鏈接】

Eliminating Micropore Confinement Effect of Carbonaceous Electrode for Promoting Zn-Ion Storage Capability (Adv. Mater.2022, DOI: 10.1002/adma.202203744)

原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203744

審核編輯 :李倩

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫(xiě)或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 電容器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    64

    文章

    6711

    瀏覽量

    102963
  • 正極材料
    +關(guān)注

    關(guān)注

    4

    文章

    327

    瀏覽量

    19654

原文標(biāo)題:Adv. Mater.: 100000次超長(zhǎng)循環(huán)!解放碳正極微孔約束效應(yīng),提升鋅離子電容器性能

文章出處:【微信號(hào):清新電源,微信公眾號(hào):清新電源】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

收藏 人收藏
加入交流群
微信小助手二維碼

掃碼添加小助手

加入工程師交流群

    評(píng)論

    相關(guān)推薦
    熱點(diǎn)推薦

    微孔霧化技術(shù)自動(dòng)掃頻追頻-集成芯片

    除了能提高霧化性能的一致性之外,同時(shí)能顯著降低微孔霧化的能耗,對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)顯示平均能降低30%(或者,延長(zhǎng)單次充電使用時(shí)長(zhǎng)30%),經(jīng)濟(jì)效益顯著。
    發(fā)表于 05-28 11:23

    雙頭加濕器_微孔_驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案_集成式芯片

    微孔加濕器流行的產(chǎn)品趨勢(shì)是雙頭霧化。雙頭霧化加濕器深受消費(fèi)者喜愛(ài),其設(shè)計(jì)一般采用棉棒為媒介,通過(guò)毛細(xì)效應(yīng)將水箱里的水輸送到霧化片實(shí)現(xiàn)霧化。消費(fèi)者根據(jù)自己的使用需求可以選擇單頭霧化或雙頭同時(shí)霧化。 從
    發(fā)表于 05-27 16:10

    離子電容技術(shù):開(kāi)啟能源儲(chǔ)存和應(yīng)用革命,邁向清潔綠色未來(lái)

    離子電容技術(shù):開(kāi)啟能源儲(chǔ)存和應(yīng)用革命,邁向清潔綠色未來(lái)鋰離子電容技術(shù)作為一種新型的儲(chǔ)能設(shè)備,已經(jīng)吸引了廣泛的關(guān)注。充滿科幻感的未來(lái)中,鋰離子電容技術(shù)將會(huì)在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,推動(dòng)能
    的頭像 發(fā)表于 05-16 08:23 ?251次閱讀
    鋰<b class='flag-5'>離子</b>電容技術(shù):開(kāi)啟能源<b class='flag-5'>儲(chǔ)存</b>和應(yīng)用革命,邁向清潔綠色未來(lái)

    頗具潛力的基電池

    電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/黃山明) 基電池是以為核心材料的一類電池,主要包括-空氣電池、液流電池和
    的頭像 發(fā)表于 03-02 00:04 ?3412次閱讀
    頗具潛力的<b class='flag-5'>鋅</b>基電池

    OptiSystem應(yīng)用:EDFA中離子-離子相互作用效應(yīng)

    本案例展示了EDFA中的兩種離子-離子相互作用效應(yīng): 1.均勻上轉(zhuǎn)換(HUC) 2.非均勻離子對(duì)濃度淬滅(PIQ) 離子-
    發(fā)表于 02-13 08:53

    馬里蘭大學(xué)王春生教授團(tuán)隊(duì)最新研究成果:探索水系電池的電解質(zhì)設(shè)計(jì)

    ?? 研究背景 水系電池(AZBs)因其高安全性、低成本、環(huán)境友好性受到廣泛關(guān)注,但其商業(yè)化進(jìn)程受到電極低可逆性和弱循環(huán)壽命的限制,主要原因在于析氫反應(yīng)(HER)和不均勻的Zn沉積
    的頭像 發(fā)表于 02-10 10:19 ?686次閱讀
    馬里蘭大學(xué)王春生教授團(tuán)隊(duì)最新研究成果:探索水系<b class='flag-5'>鋅</b>電池的電解<b class='flag-5'>質(zhì)</b>設(shè)計(jì)

    陳軍院士團(tuán)隊(duì)最新Angew,聚合物電解質(zhì)新突破

    研究背景 固態(tài)鋰金屬電池(SSLMBs)因其高的能量密度和優(yōu)異的安全性能在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而,現(xiàn)有固態(tài)電解質(zhì)(SSEs)普遍存在離子傳導(dǎo)性差、電極界面穩(wěn)定性不足等問(wèn)題,極大地限制
    的頭像 發(fā)表于 01-06 09:45 ?957次閱讀
    陳軍院士團(tuán)隊(duì)最新Angew,聚合物電解<b class='flag-5'>質(zhì)</b>新突破

    一種薄型層狀固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)策略

    通量、足夠的機(jī)械強(qiáng)度以及與電極的粘附性接觸等性質(zhì)。目前,集無(wú)機(jī)和有機(jī)成分優(yōu)點(diǎn)于一體的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(CSE)有望實(shí)現(xiàn)均勻、快速的鋰離子通量,但如何打破機(jī)械強(qiáng)度和粘附力之間的權(quán)衡仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外,現(xiàn)有CSE的厚度往往較大,這對(duì)
    的頭像 發(fā)表于 12-31 11:21 ?854次閱讀
    一種薄型層狀固態(tài)電解<b class='flag-5'>質(zhì)</b>的設(shè)計(jì)策略

    OptiSystem應(yīng)用:EDFA中離子-離子相互作用效應(yīng)

    本案例展示了EDFA中的兩種離子-離子相互作用效應(yīng): 1.均勻上轉(zhuǎn)換(HUC) 2.非均勻離子對(duì)濃度淬滅(PIQ) 離子-
    發(fā)表于 12-17 08:52

    SS-50離子棒,小體積高效靜電消除棒 #靜電 #防靜電 #靜電消除器 #靜電消除

    靜電消除
    深圳市榮盛源科技有限公司
    發(fā)布于 :2024年11月14日 11:08:33

    一種固態(tài)法合成涂層鋰錳磷酸鐵電極材料

    通過(guò)結(jié)合涂層和納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),顯著提高電極的電子電導(dǎo)率,并改善了鋰離子的融合。它在高倍率充放電和循環(huán)穩(wěn)定性方面具有優(yōu)異的性能。
    的頭像 發(fā)表于 10-30 10:36 ?732次閱讀
    一種固態(tài)法合成<b class='flag-5'>碳</b>涂層鋰錳磷酸鐵<b class='flag-5'>電極</b>材料

    離子軌道環(huán)境單粒子效應(yīng)估算應(yīng)用說(shuō)明

    電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《重離子軌道環(huán)境單粒子效應(yīng)估算應(yīng)用說(shuō)明.pdf》資料免費(fèi)下載
    發(fā)表于 09-10 10:32 ?1次下載
    重<b class='flag-5'>離子</b>軌道環(huán)境單粒子<b class='flag-5'>效應(yīng)</b>估算應(yīng)用說(shuō)明

    通過(guò)精確的溫度感應(yīng)提高汽車和工業(yè)攝像頭的系統(tǒng)可靠性

    電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《通過(guò)精確的溫度感應(yīng)提高汽車和工業(yè)攝像頭的系統(tǒng)可靠性.pdf》資料免費(fèi)下載
    發(fā)表于 09-07 09:19 ?0次下載
    通過(guò)精確的溫度感<b class='flag-5'>應(yīng)提高</b>汽車和工業(yè)攝像頭的系統(tǒng)可靠性

    靜電消除器的產(chǎn)品功能介紹

    I.C.C. 系統(tǒng),除了可根據(jù)頻率調(diào)整脈沖寬度以控制離子生成量之外,還將電壓值的變化提高。從而能夠更靈活地控制每個(gè)單位時(shí)間的離子生成量。此系統(tǒng)能夠感應(yīng)溫度或濕度等環(huán)境引起的帶電量變化,或電極
    的頭像 發(fā)表于 08-08 15:09 ?895次閱讀
    靜電<b class='flag-5'>消除</b>器的產(chǎn)品功能介紹

    氧化避雷器的主要功能

    氧化避雷器能夠有效地限制雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。當(dāng)電力系統(tǒng)遭受雷電沖擊或進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作時(shí),會(huì)產(chǎn)生瞬間的高電壓,氧化避雷器迅速響應(yīng),導(dǎo)通大電流,將過(guò)電壓限制在設(shè)備絕緣能夠承受的安全水平
    的頭像 發(fā)表于 07-31 16:05 ?767次閱讀