Félicitations à nos clients pour leurs progrès dans les nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques: la direction des batteries magnésium - ion

02 contexte de la recherche de thèse

Avec l'essor de l'électronique flexible, il est de plus en plus crucial d'explorer le développement de systèmes de stockage d'énergie flexibles haute performance. Parmi celles - ci, les batteries lithium - ion flexibles ont déjà fait des progrès significatifs dans l'application pratique de l'électronique flexible et des dispositifs portables, mais le coût élevé des ressources limitées en lithium et les risques de sécurité liés à la formation incontrôlée de dendrites de lithium posent des défis pour leur développement et leur application ultérieurs. Il est donc urgent de développer des systèmes de batteries alternatifs avec une abondance naturelle élevée, un faible coût et une sécurité élevée. Les batteries rechargeables au magnésium - ion promettent d'être une alternative fiable aux systèmes de batteries au lithium, car le magnésium est riche en ressources et peu coûteux, a une capacité spécifique théorique élevée, un potentiel de réduction approprié, ne forme pas de cristaux dendritiques pendant le processus de dépôt / dissolution électrochimique et offre une sécurité de fonctionnement élevée. Cependant, il y a eu très peu de recherches sur les matériaux d'électrode flexibles pour les batteries magnésium - ion. Ces dernières années, le filage électrostatique est considéréEst fabriquée une membrane poreuse 3DPratique、AvoirL'une des technologies rentables et viables pour l'industrie, de plus en plus de chercheurs se concentrent sur l'utilisation de composites à base de nanofibres électrofilées comme électrodes flexibles.

03 faits saillants de la thèse / Résumé

Avec le développement de l'électronique flexible, il est impératif de développer un système d'alimentation flexible qui lui correspond. La batterie magnésium - ion (MIB) en tant que système de batterie prometteur de nouvelle génération montre un potentiel énorme en tant que source d'alimentation pour l'électronique flexible. Cependant, la recherche sur les batteries flexibles magnésium - ion en est encore à ses balbutiements et il est essentiel d'explorer de nouveaux types d'électrodes flexibles fiables. Cet article a préparé une électrode autoportante, non liante et flexible, ancrée dans des nanofibres de carbone par des nanoparticules bimétalliques de bi - Sn, en combinant un procédé de réduction thermique in situ par filage électrostatique ( CNF@Bi-Sn ), et appliqué sur des batteries magnésium - ion. CNF@Bi-Sn Les avantages tels que le cadre en nanofibres de carbone à structure poreuse Multi - étagée, les particules nanométriques bi - Sn uniformément dispersées et les joints de phase / grain accrus sont intégrés simultanément, des propriétés qui contribuent à améliorer la stabilité structurelle du matériau d'électrode flexible et à promouvoir mg^{2 +}Cinétique de diffusion. CNF@Bi-Sn Alliage négatif montre d'excellentes propriétés électrochimiques, capacité spécifique initiale élevée 738mahg^{− 1}, excellente performance de grossissement et stabilité cyclique, à 40mag^{− 1}La densité de courant reste 150mahg après 100 cycles^{− 1}Capacité réversible. Ce travail met en évidence l'évolution structurelle des matériaux d'électrode flexibles au cours du cycle et les mécanismes de stockage du magnésium basés sur des réactions de conversion réversibles d'alliage / désallibration biphasique, par des moyens tels que l'analyse cinétique quantitative, SEM in situ, TEM et XRD. En outre, une batterie complète a été Assemblée, démontrant son potentiel dans des applications pratiques. La recherche offre de nouvelles idées pour l'exploration et le développement d'électrodes négatives en alliage autoporteur flexible avec des performances élevées.

04Résolution de texte

Figure 1: CNF@Bi-Sn Schéma de préparation et sa présentation flexible.

I: les nanoparticules de bi - Sn sont uniformément ancrées dans les nanofibres de carbone en tant qu'électrode négative autoportante flexible pour les batteries d'ion de magnésium

La méthode de filage électrostatique et de réduction thermique in situ a permis de préparer un film souple chargé de nanoparticules bimétalliques bi - SN ( CNF@Bi-Sn ), qui présente une bonne flexibilité et peut résister à diverses déformations (flexion, torsion, pliage, etc. Aucun fluide collecteur, agent conducteur et liant, etc., n'est utilisé lors de l'assemblage de la batterie. On voit par SEM et tem que les nanoparticules de bi - Sn sont uniformément réparties dans les nanofibres de carbone.

Figure 2: montrant CNF@Bi-Sn Une image SEM (A, b); CNF@Bi-Sn Une image TEM (C, d); Images haadf - stem et cartes de distribution des éléments C, bi et SN correspondants (E - h); CNF@Bi-Sn Les images HR - TEM (I, j) et CNF@Bi-Sn Image de diffraction électronique de circonscription (Saed) (K, l).

Deux: CNF@Bi-Sn Présentant une capacité réversible élevée, d'excellentes performances de grossissement et une bonne stabilité cyclique

CNF@Bi-Sn Avec 738mahg^-1Capacité spécifique initiale élevée, après différents cycles de grossissement, sa capacité spécifique de décharge peut être restaurée à 214 mahg^-1, prouvé CNF@Bi-Sn Les électrodes ont de bonnes propriétés de grossissement. Et à 40mag^-1La densité de courant peut encore maintenir 150mahg après 100 cycles^-1Capacité réversible supérieure.

Figure3:Les propriétés électrochimiques de stockage du magnésium de l'échantillon sont démontrées. （a） CNF@Bi-Sn à 0,1 mVs^{− 1}Courbe voltampérique cyclique à la vitesse de balayage (Courbe CV); （b） CNF@Bi Et, CNF@Sn et CNF@Bi-Sn Performance de multiplication; （c） CNF@Bi-Sn Courbes de charge - décharge à différentes densités de courant; CNF@Bi-Sn à 40mag^-1Circulation à densité de courantPerformance sur 100 cycles (d) et à 100 MAG^-1Circulation à densité de courantUne performance cyclique (e) de 200 cycles; （f） CNF@Bi Et, CNF@Sn et CNF@Bi-Sn Le diagramme de Nyquist (illustré comme son équivalent de modèle de circuit); （g） CNF@Bi-Sn Courbes CV des électrodes à différentes vitesses de balayage; H) Proportion de la contribution de la capacité de contrôle capacitif et de la capacité de contrôle de diffusion à différents taux de balayage.

III: l'évolution structurelle et les mécanismes de stockage du magnésium au cours de la magnésisation / démagnétisation sont révélés par caractérisation in situ

Caractérisation des paires par des méthodes telles que Sem, TEM et XRD non in situ CNF@Bi-Sn L'évolution de la topographie et de la structure au cours de la magnésisation / démagnétisation a été étudiée. TEM a prouvé CNF@Bi-Sn Après une décharge suffisante de l'électrode (incrustation de magnésium) et une charge (démagnétisation), les nanoparticules de bi - Sn sont encore bien enveloppées et dispersées uniformément dans les nanofibres de carbone, ce qui atténue efficacement leurs variations de volume lors de l'alliage et évite la perte de matière active. Les résultats de l'EDS montrent que les éléments bi, Sn et mg à l'état déchargé sont uniformément répartis dans la matrice carbonée, ce qui est également confirmé par la DRX in situ. CNF@Bi-Sn Le mécanisme de stockage du magnésium de l'électrode est basé sur une réaction réversible de transition d'alliage / désalligation biphasique.

Figure4:MontréCNF@Bi-Sn Une image SEM (A), une image TEM (B, c), une image haadf - stem et les cartes de distribution d'éléments bi, Sn et mg correspondantes (d), une image HR - TEM (e), une carte XRD (f) après 20 cycles à décharge suffisante, et CNF@Bi-Sn Une représentation schématique (g) de l'évolution de la structure de l'électrode à l'état chargé - déchargé.

05 Équipement utilisé dans cet article

Liu Bo sensei Theme Group utilisé dans les expériencesMicro Four tubulaire à assistanceFourni par keido instruments, Anhui keido Instruments Co., Ltd. Est également mentionné spécifiquement dans le document, ici, un grand merci aux enseignants pour le choix et la reconnaissance des instruments keido.