成果简介
Co3O4 具有较高的理论容量和出色的安全性，一直受到广泛研究。然而，其较差的本征导电性和在钠离子插入/萃取过程中严重的体积效应限制了其实际应用。本文，四川轻化工大学陈建教授、Wei Su等在《J ELECTROANAL CHEM》期刊发表名为“Co3O4/nitrogen-doped graphene promise high-performance sodium-ion battery anode”的论文，研究通过直接水热法、冷冻干燥处理和退火工艺，将氧化石墨烯包覆的 Co3O4 纳米粒子整合在一起。
表征结果表明，Co3O4 纳米粒子（20 nm）被负载到了 N-GO （75 nm）上，并通过尿素成功引入了氮元素。独特的 Co3O4/N-GO 结构足以在放电/充电循环过程中实现应力松弛和快速的 Na+ 与电子转移。因此，Co3O4/N-GO 电极在 0.1 A g-1 放电条件下显示出 323 mA h g-1 的高放电容量。当与 Na3V2（PO4）3（NVP）阴极耦合时，NVP//Co3O4/N-GO 电池表现出显著的能量密度（249.9 Wh kg-1）和功率密度（163.3 W kg-1）。
图文导读
方案1. Co3O4/N-GO 的制备过程示意图。
图1. Co3O4/N-GO 的表征
图2：（a）N-GO、Co3O4、GO 和 Co3O4/N-GO 的 XRD 图；（b）Co3O4/N-GO 的热重分析；（c）纯 Co3O4 和 Co3O4/N-GO 的全光谱；（d）Co3O4/N-GO 的 Co 2p光谱；（e）纯 Co3O4 和 Co3O4/N-GO的O1s 光谱；（f）Co3O4/N-GO的N1光谱
图3：（a）Co3O4/N-GO、Co3O4、N-GO 和 GO 的傅立叶变换红外光谱和（b）拉曼光谱。
图4. SIB 中的电化学性能。
图5. 动力学分析。
小结
综上所述，本文呢采用一锅水热法和冷冻干燥处理，然后进行退火处理，成功合成了 Co3O4/N-GO hybird。得益于氧化石墨烯的二维结构和 N 的掺杂，新设计的 Co3O4/N-GO 在 0.1 A g-1 时具有 323mAh g-1 的高可逆容量，在 1.0Ag-1 时具有 199 mA h g-1 的良好循环能力。通过对 Na 离子存储机理、结构变化和反应动力学的研究，揭示了Co3O4/N-GO电极的优异电化学性能。将 Co3O4/N-GO 阳极与 NVP 阴极相结合，制备出的SIB器件在功率密度为162.3W kg-1 的条件下实现了 249.9Wh kg-1 的高能量密度，并在 50 次循环过程中表现出优异的循环稳定性。
文献：https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2023.117801
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