第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

259 / 2020-09-30 22:02:06

以潘帕斯草为灵感的FeOOH纳米带作为钠离子电池的高性能负极

钠离子电池，负极材料，纳米带结构；FeOOH

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钠离子电池由于其成本低、材料丰富、可逆性好、能量密度高，作为一种极有前途的大规模电化学储能解决方案，已经引起了人们的广泛兴趣。目前，用于钠离子电池的阳极材料主要有碳质材料、钛基材料、金属合金、金属硫化物和过渡金属氧化物等。其中，由于理论容量高，过渡金属氧化物受到广泛关注。特别是，基于FeOx的材料由于其资源丰富、成本低、环境友好，在钠离子电池中被广泛研究。

   β-FeOOH具有[2×2] hollandite型隧道结构，有利于钠离子的插层和传输。同时，Fe³⁺和OH ^-之间的弱离子键也有利于转化反应的发生。虽然β-FeOOH具有较高的理论容量，但其循环性能和倍率性能较差，这与颗粒开裂和不可逆相变有关。与理论容量相比，β-FeOOH循环性能和倍率性能还有待提高。

基于此，我们在90℃条件下，通过水热反应合成了一种新型类潘帕斯草结构的FeOOH纳米带。电化学测试结果表明：在100 mA g⁻¹电流密度条件下，FeOOH纳米带表现出643 mAh g⁻¹的高可逆容量，50次循环后容量保持率为73%。即使在1Ag⁻¹的高电流密度下，在100次循环后仍可观察到424mAh g⁻¹的可逆容量。优异的电化学性能归因于类潘帕斯草结构的FeOOH纳米带，具有较高的比表面积，增大了电极材料与电解质的接触；多孔的薄纳米带缩短了钠离子的输运路径，减小了传输电阻。此外，醚电解质的使用减少了电解质和电极之间的副反应。研究表明：该类FeOOH有望应用于高性能钠离子电池电极材料。