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由于鈉源豐富且安全性相對較高，鈉離子電池（SIBs）被認為是下一代大規模儲能系統的有希望的候選者。然而，目前缺乏合適的陽極材料限制了SIBs的發展。具有豐富的原料來源和高理論容量的金屬氧化物（MOs）作為科學界SIBs的陽極引起了人們的廣泛關注。然而，由于SIBs的充電/放電過程中的低導電率、大的體積變化，該材料經常表現出不令人滿意的循環穩定性和容量。通過將石墨烯結合到具有定制納米結構和組成的MOs材料中，此類復合物的構建已經證明在SIBs中具有較好的性能。在這篇綜述中，我們試圖全面總結低成本金屬氧化物/石墨烯復合材料（MOs/G）作為SIBs陽極材料的研究進展。證明了MOs/G復合材料的不同形貌、組成、晶相及其在SIBs中電化學性質的特征。討論了MOs材料的形態和結構性質與它們在SIBs中性能的相關性。這一及時的綜述揭示了使用MOs/G作為陽極材料實現具有高能量密度和長循環壽命的成本有效、安全的SIBs的途徑。

Figure 1. SIBs中陽極材料和普通金屬氧化物系陽極的一般分類。



Figure 2. （a）在電化學處理過程中ZnO陽極的晶相轉變的示意圖;（b-e）在結晶時間內單晶ZnO的形態和結構演變的TEM圖;（f）經過處理產物的電子衍射圖案;（g-j）多晶ZnO的形態和結構演變的TEM圖;（k）轉化后的電子衍射圖案。



Figure 4. 低成本金屬氧化物作為SIBs陽極的電化學性能總結。


Figure 5. （a）樣品制造的示意圖;（b）GF/CNTs@SnO的SEM圖（插圖：高倍率）;（c）具有連續電子和Na離子轉移通道的GF/CNTs@SnO電極的示意圖;（d）各種電流密度下的充電/放電曲線;（e）倍率性能；（f）0.1 A/g下的循環壽命；（g）電容效應和擴散控制過程的電荷存儲貢獻，用CV以3 mV/s的掃描速率分離。



Figure 6. （a）NiO/Ni/石墨烯復合材料的形成示意圖;（b,c）NiO/Ni/石墨烯復合物的SEM圖；（d,e）NiO/Ni/石墨烯復合物的TEM圖；（f）在0.005-3 V的電壓范圍內，以0.2 mV/s的掃描速率收集的NiO/Ni/石墨烯復合物的循環伏安圖；（g）電流密度為200 mA/g，第一次和第二次循環的恒電流充電和放電曲線，電流密度為1 A/g時，第1次，第10次，第100次和第200次循環；（h）電流密度為1 A/g（在前5個循環中使用200 mA/g激活）的SIBs循環性能表明每個循環的衰減率為0.2％；（i）電流密度為200 mA/g至2 A/g下的比容量范圍。



Figure 7. （a）SIBs中，Fe₂O₃/石墨烯基陽極在不同電流密度下的比容量；（b）Fe₂O₃/石墨烯復合材料中Fe₂O₃的粒徑和石墨烯的質量比。

相關研究成果于2019年由湖南大學Jianmin Ma課題組，發表在Energy Storage Materials（2019, 16, 434–454）上。原文：Metal oxide/graphene composite anode materials for sodium-ion batteries。