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Nano-Micro Letters (2021)13: 167 https://doi.org/10.1007/s40820-021-00699-z 2. Od-CNO@Ni NTs电极具有非凡的电化学性能。 3. 理论计算表明,氧缺陷有效地改善了Od-CNO@Ni NTs的电化学动力学和表面电子态结构,从而表现出较强的OH⁻吸附能力。 由于高度均匀的镍纳米管阵列提供了快速的电子/离子传输路径和丰富的活性位点,Od-CNO@Ni NTs电极具有优异的容量和倍率能力。组装的Ni-Zn电池具有超长的寿命(5000次循环后初始容量的93.0%),极高的能量密度和功率密度。理论计算表明,氧缺陷可以增强电极表面与电解质离子之间的相互作用,有助于提高电容。这项工作为开发超耐用、超快、高能镍锌电池提供了合理的思路。 图1. Od-CNO@NiNTs纳米结构的合成过程。 图2. (a, b) Ni NTs和Od-CNO@NiNTs的高倍和低倍SEM图;(c) TEM图;(d) HRTEM图;(e) EDX元素映射;(f) EPR谱; (g-i) Co 2p, Ni 2p和O 1s的XPS谱图。 Od-CNO@Ni NTs电极展现出优异的倍率性能和循环稳定性:在低电流密度(1 A/g)下具有432.7 mAh/g的比容量,当电流密度提高至60 A/g时,电极仍保持有218.3 mAh/g的比容量;同时,在经过3000次循环后,循环保持率仍超过100%。 图3. (a) CV对比;(b) Od-CNO@Ni NTs的CV曲线;(c) 峰值电流与扫描速率的关系曲线;(d) Od-CNO@Ni NTs、Od-CNO和CNO在1 A/g下的放电容量;(e) Od-CNO@Ni NTs电极的GCD曲线;(f) 倍率性能曲线;(g) 奈奎斯特图;(h) 循环寿命对比图。 利用密度泛函理论(DFT)研究了氧缺陷对结构和电子性能的影响。如图4b和4c,引入氧缺陷可以增强OH⁻的吸附,有助于提高电极材料的容量和循环稳定性。这与上述电化学性能实验分析一致。同时,从Bader分析中发现氧缺陷的存在会增加电极与OH⁻之间的电荷转移,这是氧缺陷对OH⁻的吸附改善的原因。理论计算结果与实验结果一致,表明氧缺陷可以有效地修饰表面电子结构,提高结合能,提高动力学速度和电化学性能。 图4. (a) 氧缺陷对OH⁻吸附的调节机制模型;(b) 表面电荷转移和OH⁻吸附能分析;(c) OH⁻在CNO和Od-CNO上的吸附能;(d) TDOS图;(e) PDOS图。 IV Od-CNO@Ni NTs//Zn电池的电化学性能评估 图5. (a) CV曲线;(b) 倍率性能和库伦效率;(c) GCD曲线;(d) 快速充电慢速放电下的循环性能和库伦效率图(内嵌为前后10个周期的时间电压曲线);(e) Ragone图;(f) 循环性能图(内嵌为前后10个周期的时间电压曲线)。 V Od-CNO@Ni NTs//Zn软包电池的电化学性能评估 图6. (a) Od-CNO@Ni NTs//Zn电池示意图;(b) CV曲线;(c) 在1 mV/s下前三个循环的CV曲线;(d) GCD曲线;(e) 循环性能图;(f) 安全测试和驱动3 V模型车的照片。 本文通讯作者 湖北大学 教授 新能源和信息材料与器件的研究,研究兴趣包括储能电池、燃料电池、太阳能电池,先进存储器与三维集成、钙钛矿光电探测器等。 ▍主要研究成果 ▍Email: wangh@hubu.edu.cn 本文通讯作者 湖北大学 副教授 超级电容器与多价离子电池等。 ▍主要研究成果 ▍Email: houzhaow@hubu.edu.cn 本文第一作者 湖北大学 硕士研究生 超级电容器与水系锌基电池电极材料的设计。 Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc),包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、PubMed Central、DOAJ、CSCD、知网、万方、维普、超星等数据库收录。2020 JCR影响因子IF=16.419,在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前10%)。2020 CiteScore=15.9,材料学科领域排名第4 (4/123)。中科院期刊分区:材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820),欢迎关注和投稿。王浩
万厚钊
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