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長春理工大學Heng guo Wang課題組--石墨烯封裝的金屬態Ce2Sn2O7作為優質鋰離子電池和電容器的新型負極材料
     雙金屬基三元材料(BTM)因其多組分靈活性和協同效應而備受關注。在此,BTM(Ce2Sn2O7)納米顆粒被封裝到石墨烯中(Ce2Sn2O7/RGO),用作鋰離子電池和電容器(LIB /LIC)的新型負極材料。受益于兩種金屬元素間的協同和石墨烯導電網絡,優化過的Ce2Sn2O7/RGO可在0.05 A g-1時提供814.6 mAh g-1的可逆容量;具有良好的循環性能,經過1500次循環測試后在1 A g-1時可逆容量為369.5 mAh g-1;在Li+半電池中,2 A g-1下具有432.4 mAh g-1的超高倍率性能。同時,我們進行了詳細的相轉變和動力學分析以及理論計算,以研究優良電化學性能背后的反應機理。此外,Ce2Sn2O7/RGO還顯示出良好的鋰離子全電池(與商業LiCoO2配對)和電容器(與活性炭配對)的性能,這進一步證明了Ce2Sn2O7/RGO的應用前景。
 
 Figure 1. (a)形成Ce2Sn2O7/RGO的示意圖。(b)SEM圖像,(c)TEM
圖像,(d)HRTEM圖像,(e)HAADF-STEM圖像和(f-i)元素分布圖。
 

Figure 2. (a)Ce2Sn2O7/RGO-8的粉末XRD圖譜和Rietveld精修圖,(b)拉曼光譜和(c)TG曲線,(d)XPS總譜,和(e)Sn 3d,(f)Ce 3d的XPS高分辨精細譜。
 
 
Figure 3. Ce2Sn2O7/RGO-8在Li +半電池中的電化學性能。(a)0.1 mV s-1時的CV曲線,(b)0.05 A g-1時的充放電曲線,(c)各個樣品在0.1 A g-1下的循環性能,(d)1 A g-1下的循環性能和(e)在0.05至2 A g-1種電流密度下的倍率性能。
 
 
Figure 4. (a)Ce2Sn2O7和(b)Ce2Sn2O7/RGO-8在不同充放電狀態下的非原位XRD譜圖。 LIB中Ce2Sn2O7/RGO-8在0.1 A g-1電流密度下經過50個循環后的(c,d)TEM,(e,f)HAADF-STEM圖像和(g-j)元素分布圖。
 
 
 
Figure 5.(a)Ce2Sn2O7/RGO-8在不同掃描速率下的CV曲線。(b)Ce2Sn2O7/RGO-8中各種掃描速率下表面驅動過程的貢獻率。(c)Ce2Sn2O7/RGO-8在第一個放電/充電過程中的非原位EIS譜圖。(d)Ce2Sn2O7和Ce2Sn2O7/RGO-8在充放電狀態下的GITT曲線和相應的Li+擴散系數。(e)Ce2Sn2O7的晶胞結構。(f)Ce2Sn2O7的局部態密度和全態密度。
 

Figure 6.(a)Ce2Sn2O7/RGO-8在LIC中的電化學性能。(a)Ce2Sn2O7/RGO-8//AC LIC的配置示意圖。(b)半電池中Ce2Sn2O7/RGO-8負極和AC正極的CV曲線。(c)不同掃描速率下的CV曲線。(d)不同電流密度下的充放電曲線。(e)不同電流密度下的倍率性能。(f)LIC的Ragone圖與文獻報道的LIC的對比。(g)3 A g-1時的循環性能(插圖顯示單紐扣全電池可以點亮小型汽車燈)。
 
      本研究于2020年由長春理工大學的 Heng guo Wang課題組 發表于Journal of Materials Chemistry A (https://doi.org/ 10.1039/C9TA13086A)
原文:Graphene Encapsulated Metallic State Ce2Sn2O7 as a Novel Anode Material for Superior Lithium-Ion Batteries and Capacitors
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