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双碳包裹磷酸钒钠的合成及电化学性能研究
双碳包裹磷酸钒钠的合成及电化学性能研究
摘要:本研究基于双碳包裹磷酸钒钠(V2O5/C@Na3V2(PO4)3)的合成及其电化学性能进行了深入研究。通过羟基磷酸盐溶液法合成了V2O5/C复合物,并利用碱水热法进行了钠离子的掺杂。结构和组分的表征结果表明,该复合物具有优良的结构稳定性和电化学性能。循环伏安测试和电化学交流阻抗谱分析结果表明,该复合物具有良好的锂离子存储/释放能力和高速率性能。因此,该研究为双碳包裹磷酸钒钠在锂离子电池等能源存储领域的应用提供了新的可能性。
1.引言
随着能源需求的不断增长,可再生能源的利用变得越来越重要。锂离子电池是当前最流行的可再生能源储存技术之一。作为一种重要的电池材料,磷酸钒钠可以用作锂离子电池正极材料,并具有许多优点,如高容量、长循环寿命和较高的安全性。然而,磷酸钒钠的低电导率和结构稳定性的缺点限制了其在电池领域的应用。
双碳包裹的技术是一种有效改善钠离子嵌入和脱嵌性能的方法。这种方法可以通过提高电荷传输速率和增强结构稳定性来提高储能性能。在本研究中,我们将V2O5纳米颗粒包裹在碳纳米管和石墨烯的复合物中,制备了双碳包裹磷酸钒钠材料。通过这种方法,我们可以提高磷酸钒钠的电导率,并提高其电化学性能。
2.实验方法
2.1材料合成
首先,通过羟基磷酸盐溶液法合成了V2O5/C复合物。然后,利用碱水热法掺杂了钠离子。最后,通过高温煅烧和碳热还原,得到了双碳包裹磷酸钒钠复合物。
2.2材料表征
利用X射线衍射仪(XRD)对样品的晶体结构进行了表征。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)被用于研究样品的形貌和微观结构。通过差热分析(DTA)和热重分析(TGA),对样品的热性质进行了分析。
3.结果与讨论
3.1结构表征
XRD结果显示,合成的V2O5/C@Na3V2(PO4)3复合物具有明确的晶体结构,并且钠离子有效地掺杂进了材料中。SEM和TEM结果表明,复合物具有均匀的纳米颗粒分布和良好的孔隙结构,这有利于电荷传输和离子扩散。
3.2电化学性能
通过循环伏安测试和电化学交流阻抗谱分析,测试了双碳包裹磷酸钒钠的电化学性能。结果显示,该复合物具有优良的循环稳定性和高速率性能。其高比容量和长循环寿命使其成为一种很有潜力的锂离子电池正极材料。
4.结论
本研究成功合成了双碳包裹磷酸钒钠(V2O5/C@Na3V2(PO4)3)复合物,并研究了其电化学性能。XRD结果表明,该复合物具有良好的结构稳定性。循环伏安测试和电化学交流阻抗谱分析结果表明,该复合物具有良好的锂离子存储/释放能力和高速率性能。因此,该复合物具有潜力在锂离子电池等能源存储领域中应用。此研究为磷酸钒钠的进一步优化设计和应用提供了新的思路和方向。
参考文献:
[1]LiuH,ZhuZ,LuX,etal.EnhancedlithiumstoragepropertiesofNa3V2(PO4)3cathodematerialmodifiedbycarbonmatrixobtainedviaporousV2O5nanofibers.ElectrochimicaActa,2019,300:403-410.
[2]RondeauB,LarcherD,TabernaPL,etal.InvestigationofNa3V2(PO4)3aspositiveelectrodematerialforNa-ionbatteries.ElectrochemistryCommunications,2011,13(12):1453-1456.
[3]LiM,WangX,ZhuY,etal.Na3V2(PO4)3@Ccompositeasahigh-performancecathodematerialforsodium-ionbatteries.JournalofPowerSources,2014,258:232-238.
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