Wir verwenden Cookies, um Ihr Erlebnis zu verbessern.Indem Sie weiter auf dieser Website surfen, stimmen Sie unserer Verwendung von Cookies zu.Mehr Info.In einem kürzlich im Open-Access-Journal Frontiers in Energy Research veröffentlichten Artikel stellten Forscher aus China ein neues hierarchisches Verbundanodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien her.Studie: Einfache Konstruktion einer hierarchischen TiNb2O7/rGO-Nanoblume mit robusten Ladungsspeichereigenschaften für Li-Ionen-Batterien über eine Veresterungsreaktion.Bildnachweis: Neon_dustDer Verbundwerkstoff wird über eine Veresterungsreaktion aus Titan-Nioboxid und reduziertem Graphenoxid hergestellt.Sie fanden heraus, dass der neue Verbundstoff unter identischen Bedingungen eine verbesserte Speicherleistung als reines Titan-Nioboxid aufweist.Kohlenstoffbasierte Materialien wie Graphit sind das am häufigsten verwendete Anodenmaterial in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien (LiBs).Es besitzt jedoch Nachteile wie ein niedrigeres elektrochemisches Potential, eine niedrigere theoretische Kapazität, eine leichte Bildung eines Festelektrolyt-Grenzflächenfilms (SEI) aufgrund des Verbrauchs von Elektrolyten und Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit seiner niedrigen Schmelztemperatur.Titan-Niob-Oxid, TiNb2O7 (TNO) kann aufgrund seiner hohen theoretischen Kapazität von 388 mAh g−1, seiner hohen Entladespannung von 1,65 V und seiner langen Lebensdauer eine bessere Alternative zu graphitbasierten Anodenmaterialien sein.Die elektrochemische Leistung von TNO wird jedoch durch seine geringe Ionendiffusivität und schlechte Leitfähigkeit beeinträchtigt.Schematischer Ablauf der Bildung des TNO/NC/GO-Komposits.Bildnachweis: Hu, L et al., Frontiers in Energy ResearchDie Kohlenstoffbeschichtung kann ein effektiver Weg sein, um die schlechte Leitfähigkeit von TNO zu beheben, aber es ist schwierig, einen homogenen TNO/Graphen-Verbundstoff zu erreichen, da es an ausreichender elektrostatischer Antriebskraft und Kontaktfläche mangelt.Ein weiterer Ansatz besteht darin, den Diffusionsweg der Lithium-Ionen zu verkürzen, indem die Partikelgrößen reduziert oder andere Strukturen aufgebaut werden.Die Forscher synthetisierten ein hierarchisches TNO, indem sie den Hydrolysegrad der Veresterungsreaktion zwischen Säure und Alkohol steuerten.Die blumenförmige Schichtstruktur aus hergestelltem hierarchischem TNO ermöglicht einen kurzen und effizienten Migrationspfad für Li+-Ionen und eine überlegene Ratenfähigkeit.Das Wachstum der blumenartigen hierarchischen Nanostruktur ist aufgrund von zwei Faktoren möglich.Erstens hemmt die Alkoholyse von Niobchlorid (NbCl5) in Gegenwart von Ethanol die Hydrolyse während der Veresterung und verhindert so unerwartete Ausfällungen und erleichtert die gleichmäßige Keimbildung und das Wachstum komplexer Strukturen.Zweitens sorgt Polyacrylamid (PAM) als Bindemittel für eine starke Haftung zwischen der TNO- und Graphenoxid (GO)-Grenzfläche, die das Fehlen ausreichender elektrostatischer Kräfte überwindet.Hochreines TNO wird durch ein solvothermales Verfahren synthetisiert, bei dem NbCl5 und Titan(IV)butoxid (Ti(OC4H9)4) zu einer Lösung aus Ethanol und Essigsäure gegeben werden, gefolgt von Erhitzen und Ausfällen.GO-Pulver wird durch das modifizierte Hummer-Verfahren synthetisiert.Schließlich wird reines TNO-Pulver in Graphen dispergiert, gefolgt von der tropfenweisen Zugabe von PAM in die obige Suspension, um die Vernetzungsreaktion zu initiieren.Das Hochtemperaturglühen/Kalzinieren der Suspension entfernte das Lösungsmittel und reduzierte das Graphenoxid, um den TNO-NC-GO-Verbundstoff zu bilden.Eine Arbeitselektrode wird hergestellt, indem ein TNO-NC-GO-Verbundstoff, Super-P-Ruß und Polyvinylidenfluorid (PVDF) gemischt und auf die Kupferfolie aufgetragen werden.(A) SEM-Bild von reinem TNO, (B) vergrößertes SEM-Bild von reinem TNO, (C) SEM-Bild von TNO/NC/GO, (D) EDS-Kartierung verschiedener Elemente.Bildnachweis: Hu, L et al., Frontiers in Energy ResearchDie Röntgenbeugungsmuster (XRD) bestätigen die Bildung von reinem TNO und die ideale Reduktion von GO zu Graphen nach dem Glühprozess. Sie weisen auch auf das Vorhandensein von ungeordnetem amorphem Kohlenstoff in geordnetem Graphen hin, was die Ionenleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs darstellt.Rasterelektronenmikroskopie (SEM) zeigt die gleichmäßige Verteilung der hierarchischen TNO-Nanoblumenstruktur, die die Agglomeration der TNO-Mikrostruktur verhindert, eine bessere Dispersion auf Graphen bildet und einen geringen Kapazitätsverlust während des Zyklus bietet.Aus den Kurven der zyklischen Voltammetrie (CV) ist ersichtlich, dass das TNO-NC-GO-Komposit einen größeren Reaktionsstrom zeigt als reines TNO und TNO-NC, wobei die höhere elektrochemische Reaktion auf eine Zunahme der Leitung zurückzuführen ist.Darüber hinaus verstärkte das Vorhandensein von GO die pseudokapazitive Li+-Ladungsspeicherung über den gesamten Potentialbereich.Die galvanostatischen Entladungs- und Ladekurven des TNO-NC-GO als Anoden bei unterschiedlichen Stromdichten zeigen eine Kapazitätserhaltungsrate von 85 % nach 200 Zyklen, was fast doppelt so hoch ist wie die von reinem TNO.Die Volumenausdehnung der entladenen Verbundanode beträgt 8,9 % nach 1500 Zyklen, was viel geringer ist als bei Anoden auf Siliziumbasis (300 %).Der aus Nyquist-Plots erhaltene Kontaktwiderstand zwischen den Phasen zeigt, dass TNO-NC-GO-Verbundwerkstoff einen geringeren Oberflächenladungsübertragungswiderstand von 97 Ω im Vergleich zu reinem TNO (66 Ω) und TNO-NC (69 Ω) aufweist, was auf einen viel schnelleren Massentransport aufgrund von hinweist die Wirkung der Kohlenstoffbeschichtung.(A) Vergleich zyklischer Voltammetriekurven bei einer Abtastrate von 0,1 mV s−1;(B) CV von TNO/NC/GO-Elektroden für LIBs.(C) der b-Wert, der aus der Beziehung zwischen dem Spitzenstrom und der Wobbelrate erhalten wird;(D) CV-Kurven von TNO/NC/GO mit Trennung zwischen Gesamtstrom und kapazitiven Strömen bei 1 mV s−1;(E) kapazitive Beiträge bei verschiedenen Sweep-Raten für verschiedene Proben.Bildnachweis: Hu, L et al., Frontiers in Energy ResearchIn dieser Arbeit stellten die Forscher eine neuartige blumenförmige hierarchische TNO-Nanostruktur über eine Veresterungsreaktion her.Das TNO-NC-GO-Komposit wird über eine einfache Vernetzungsreaktion unter Verwendung von PAM als Flockungsmittel aufgebaut.Die neue Verbundanode weist unter identischen Bedingungen eine gegenüber reinem TNO verbesserte Speicherleistung auf.Mit einer hohen spezifischen Kapazität von 264,2 mAh g−1 und ausgezeichneter Zyklierbarkeit mit extrem geringem Kapazitätsverlust nach 1500 Zyklen erweist es sich als ideales Anodenmaterial, das Graphit in der zukünftigen LiB-Herstellung ersetzen kann.Hu, L., Yang, X., Chen, Y., Wang, L., Li, J., Tang, Y., und Zhang, H., Einfache Konstruktion einer hierarchischen TiNb2O7/rGO-Nanoblume mit robusten Ladungsspeichereigenschaften für Li Ionenbatterien über eine Veresterungsreaktion.Frontier Energy Research, 9, 794527. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2021.794527/fullHaftungsausschluss: Die hier geäußerten Ansichten sind die des Autors, die in seiner Eigenschaft als Privatperson geäußert wurden, und repräsentieren nicht notwendigerweise die Ansichten von AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, dem Eigentümer und Betreiber dieser Website.Dieser Haftungsausschluss ist Bestandteil der Nutzungsbedingungen dieser Website.Bismay ist technischer Redakteur mit Sitz in Bhubaneshwar, Indien.Sein akademischer Hintergrund ist Ingenieurwesen und er verfügt über umfangreiche Erfahrung im Verfassen von Inhalten, Zeitschriftenrezensionen und mechanischem Design.Bismay hat einen Master in Werkstofftechnik und einen BE in Maschinenbau und hat eine Leidenschaft für Wissenschaft, Technologie und Ingenieurwesen.Außerhalb der Arbeit genießt er Online-Spiele und Kochen.Bitte verwenden Sie eines der folgenden Formate, um diesen Artikel in Ihrem Essay, Ihrer Arbeit oder Ihrem Bericht zu zitieren:Prakash Rout, Bismay.(2021, 01. Dezember).Verbesserung der elektronischen und ionischen Leitfähigkeit von neuartigen 2D-Nanomaterialien, die mit Graphen umhüllt sind, mit Veresterung und Ausflockung.AZoM.Abgerufen am 27. August 2022 von https://www.azom.com/news.aspx?newsID=57541.Prakash Rout, Bismay."Verbesserung der elektronischen und ionischen Leitfähigkeit von neuartigen 2D-Nanomaterialien, die mit Graphen umhüllt sind, mit Veresterung und Ausflockung".AZoM.27. August 2022.