成果简介
作为锂离子电池（LIBs）的替代品，钠离子电池（SIBs）因其丰富的资源储量和成本优势而备受关注。随着纳米技术的普及和工业化系统的成熟，SIBs已经随着能量密度的提高而逐步商业化。然而，由于钠的高原子量，实现SIB更高的能量密度仍然存在重大挑战。因此，迫切需要探索和制造适合SIBs的高容量和长寿命电极。
本文，合肥工业大学项宏发教授课题组在《Chem. Commun.》期刊发表名为“A high areal capacity sodium-ion battery anode enabled by a free-standing red phosphorus@N-doped graphene/CNTs aerogel”的论文，研究提出提出了一种新颖而简便法制备红磷@氮掺杂石墨烯/碳纳米管气凝胶（P@NGCA），用作为高能钠离子电池的独立阳极。由于红磷的优化结构均匀地限制在多孔NGCA中，具有高电导率和机械稳定性，独立式 P@NGCA负极表现出出色的钠存储性能，具有3.3mAh cm -2的高面积容量和优异的初始库仑效率80%。一维碳纳米管（CNTs）和二维氮掺杂石墨烯纳米片交错形成3D“钢筋混凝土”结构，有利于减轻红磷的体积膨胀并提高导电性。P@NGCA表现出优异的储钠性能具有出色的 ICE 和高容量。
图文导读
图1、示意图显示了 P@NGCA 的制备以及钠化和脱钠过程。
图2、 (a) NGCA 的 SEM 和 (b) TEM 图像。(c) GA、GCA 和 NGCA 的压缩应力-应变曲线。(d) GA、GCA 和 NGCA 的电子电导率。(e) N 2吸附-解吸等温线和(f) NGCA 的孔径分布。
图3、 (a) P@NGCA的SEM和(b)TEM 图像；(c-f) P@NGCA的EDX元素映射。(g) N 2吸附-解吸等温线和(h) P@NGCA 的孔径分布。P@NGCA 的 (i) N 1s 和 (j) P 2p 的高分辨率 XPS 光谱
图4、 (a) P@NGCA 的循环伏安法，扫描速率为 0.1 mV s -1。(b) P@NGCA 在 0.2 A g -1的初始 3 个循环的恒电流放电/充电曲线。(c) P@NGCA 在 0.2 A g -1下的长期循环特性。(d) 本作品与其他材料的比面积比较。(e) 红色 P、NGCA 和 P@NGCA 的奈奎斯特图。(f) P@NGCA 的倍率能力从 0.2 A g -1到 2 A g -1。
小结
总之，本文通过自组装、冷冻干燥和随后的蒸发-冷凝方法成功合成了一种新型的独立式 P@NGCA 阳极。由于具有高导电性和机械强度的 NGCA 基体，高质量负载的 P@NGCA 电极表现出超高比面积容量（3.3mAh cm-2 at 0.2Ag-1），优异的倍率性能（1.8mAh cm-2 at 2Ag -1 ) 和高 ICE (约80%)，这意味着在储能方面的巨大潜在应用。
https://doi.org/10.1039/D2CC02265F
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