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期刊简介

  • 主管

    中国煤炭科工集团有限公司

  • 主办

    煤炭科学研究总院有限公司
    煤炭工业洁净煤工
    程技术研究中心

  • 主编

    解强

  • 刊期

    月刊

  • ISSN

    1006-6772

  • CN

    11-3676/TD

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高效燃烧制备AC/SWCNTs自支撑薄膜材料及其电化学性能

2021年 第05期
359
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作者:
冯宇
李珊珊
赵佳辉
王淼
王建成
米杰
单位:
太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室;太原理工大学 煤科学与技术教育部重点实验室
摘要:

以无水乙醇为碳源、二茂铁为催化剂前驱体、噻吩作为碳纳米管生长促进剂,通过改变催化剂前驱体的添加量,采用低压预混火焰燃烧法制备了3种不同组分比例的无定形碳(Amorphous Carbon,AC)/单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes,SWCNTs)薄膜,随后将其作为自支撑负极材料组装钠离子电池。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、拉曼光谱和热重分析等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和组成进行分析,并通过充放电性能测试分析材料的电化学性能。研究发现,随着催化剂含量的增加,碳材料的层间距逐渐增大,材料的晶化程度降低,无定形碳成分增多,为Na+的可逆储存提供了空间。利用TG分析材料组成,发现当催化剂含量为0.018 g时,样品(AC/SWCNTs-3)具有最大的无定形碳含量,为67.01%。此时,样品的碳层间距最大,实现了Na+的高效嵌入/脱出,而相互交联的SWCNTs网络结构为电子的传输提供通道,作为附着无定形碳的载体延缓了容量的衰退,表现出最佳的电化学性能。经过60圈倍率性能测试,AC/SWCNTs-3表现出良好的可逆性,可逆比容量达到220.7 mAh/g,在50 mA/g电流密度下循环150圈,电极仍可维持146.7 mAh/g 的比容量。此外,样品AC/SWCNTs-3的反应过程是扩散控制占主导的储钠机制。在扫速0.1 mV/s下,电容贡献率为19.3%。综上,在AC/SWCNTs复合材料中,无定形碳提供了丰富的活性位点,中空管状结构的SWCNTs可作为电子快速传输的通道,保证了Na+在电池工作过程中的快速扩散和可逆存储,使AC/SWCNTs复合材料在钠离子电池中表现出更好的电化学性能。

关键词:
合材料
自支撑
碳纳米管
电化学
钠离子电池
作者简介:
冯宇(1991—),男,山西榆次人,讲师,博士,研究方向为煤基炭材料研发。E-mail:sxyfeng@sina.com。通讯作者:米杰,教授,博士,研究方向为煤基炭材料研发。E-mail:mijie111@163.com
图表:
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引用格式:
冯宇,李珊珊,赵佳辉,等.高效燃烧制备AC/SWCNTs自支撑薄膜材料及其电化学性能[J].洁净煤技术,2021,27(5):164-172. FENG Yu,LI Shanshan,ZHAO Jiahui,et al.Preparation and electrochemical properties of AC/SWCNTs self-standing thin films by high efficiency combustion[J].Clean Coal Technology,2021,27(5):164-172.
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