環境問題への関心が高まり、クリーンで持続可能なエネルギーに対する強い需要が高まる中、高エネルギー密度、高出力密度、長期サイクル安定性を備えた高度なエネルギー貯蔵デバイスを製造することが、世界中で重要な目標になりつつあります。最近、リチウム イオン電池 (LIB) は多くの注目を集めており、スマート ラップトップや軽量電気自動車で大きな成功を収めています。
残念ながら、市販のグラファイト電極材料は容量が低く、レート性能が悪いため、長距離電気自動車やハイブリッド車での大規模な用途は限られています。したがって、より高い容量、より長いサイクル寿命、およびより優れたレート性能を備えた高度な電極材料を研究および開発することが非常に急務です.
最近では、LIB の優れたレート機能と長寿命サイクル性能を備えた、アクティブで安定した、低コストで適切に設計された電極材料を追求することが、LIB の全体的な性能を向上させる上で重要な役割を果たしています。遷移金属リン化物 (TMP)、特に FeP は、その高い理論容量、低コスト、および非毒性により、多くの注目を集めていることはよく知られています。しかし、FeP をアノード材料として使用するバッテリーは、リチウム化および脱リチウム化プロセス中の変換反応によって引き起こされる本質的に低い電気伝導率と劇的な体積変化 (>200vol%) のために、満足のいくサイクル性能を示しませんでした [1]。
今日まで、FeP リチウムの電気化学的貯蔵性能を改善するためにいくつかの戦略が使用されてきました。第一に、ナノスケール構造を設計することで、リチウムイオンと電子の拡散距離を短縮し、電気化学反応の活性表面積を改善できます。第二に、FeP を炭素質材料と組み合わせることで、電気伝導率を高め、体積変化を緩衝することができます。第三に、中空および多孔質構造の電極材料は、体積変化を緩和し、より多くの活性部位を提供し、イオンと電子の拡散速度を加速することができます。しかし、有毒な前駆物質の使用などの深刻な欠点や、洗練された厳格な条件により、これらの戦略を実際に適用することは困難です [2]。したがって、炭素コーティングされた中空および多孔質の FeP 構造を製造するための斬新で簡単な方法を探求することは、依然として非常に困難なままです。
ここでは、典型的な MOF である MIL-88(Fe) を例として使用して、シャトルのような炭素多面体にカプセル化された超微細 FeP ナノ粒子を調製しました (図 1)。多孔質炭素層は、以前の文献で報告されているように電子伝導性に役立つだけでなく、調製中の超微細 FeP ナノ粒子の成長と凝集も防ぎます。構造特性から、[email protected] は、中空で多孔質のカーボン マトリックスに超微細 FeP ナノ粒子が分布した独自の構造を示しています。これは、大きな比表面積と高速電荷移動能力を提供し、サイクリング中の体積変化を軽減します。
[email protected] は、高い最大リチウム貯蔵容量 (100 サイクルで 0.1Ag で 902.4mAh g)、優れたレート機能 (5.0Ag で 416mAh g の可逆容量)、長寿命のサイクル性能 (3000 サイクル) を提供します。 5.0Ag で) 優れた電荷移動能力とカーボン コーティング、およびサイクル中の FeP の大きな体積変化を緩和する大きな空隙によります。さらに、優れた電気化学的性能は、特に高電流密度での充電/放電プロセス中の疑似容量挙動の重要な寄与に関連しています。 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、および 1.4mV のスキャン レートで、疑似容量の寄与率はそれぞれ 48.4%、51.6%、56.7%、68.8%、72.8%、78.5%、および 81.5% です。結果は、リチウムイオン貯蔵の疑似容量挙動が、特に高電流密度で全容量に大きく寄与することを示しており、疑似容量の高い寄与は、大きな比表面積と高い空隙率を持つ小さな粒子サイズに起因するはずです[3]。 /P>
優れた電気化学的性能は、[email protected] が LIB のアノードの高性能候補として機能できることを示しており、現在の戦略は、次世代エネルギー用の MOF から他の炭素被覆多孔質構造を合成するためにも有望に適用される必要があります。ストレージ アプリケーション。
参考文献:
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