VS2以其優(yōu)越的性能成為鋰離子電池極具潛力的負(fù)極材料。本文通過在還原氧化石墨烯(rGO)上原位組裝毛毛蟲狀的VS2納米片，制備了一種新的三維(3D) VS2/還原氧化石墨烯(rGO)異質(zhì)結(jié)構(gòu)(VS2-rGO)。這種3D VS2- rgo具有明確定義的異質(zhì)結(jié)界面，旨在減輕Li +插入/脫插周期中VS2的體積膨脹。這種優(yōu)化的設(shè)計提高了異質(zhì)結(jié)的導(dǎo)電性，促進(jìn)了電子和離子的高效傳輸。與純VS2電極相比，VS2電極具有更高的可逆容量和更好的倍率性能(循環(huán)140次后，在0.1 A g−1下，644.02 mA h g−1，在2 A g−1下，526.66 mA h g−1)(循環(huán)140次后，在0.1 A g−1下，433.69 mA h g−1,2 A g−1下，63.91 mA h g−1)。非原位XRD分析表明，在VS2-rGO電極中Li +的儲存機(jī)制包括初始嵌入、隨后的嵌入和轉(zhuǎn)化。根據(jù)第一性原理計算，與VS2層(0.225 eV)相比，VS2- rgo異質(zhì)結(jié)中的Li +擴(kuò)散勢壘(0.183 eV)較低，從而增強(qiáng)了VS2- rgo電極材料的Li +輸運(yùn)動力學(xué)和循環(huán)性能。這項工作為異質(zhì)結(jié)對lib的影響提供了新的視角。
圖 1. VS2-rGO異質(zhì)結(jié)構(gòu)制備工藝示意圖。
圖 2. (a) x射線衍射圖，(b)拉曼光譜，(c) N2吸附-解吸等溫線，(d) VS2和VS2- rgo的熱重分析，(e) VS2和VS2- rgo的XPS測量光譜(f) VS2的v2p XPS光譜，(g) v2p， (h) s2p， (i) VS2- rgo的c1s XPS光譜。
圖3. (a) VS2的SEM圖像，(b-c) SEM圖像，(d-e) TEM圖像，(f) VS2- rgo的HRTEM圖像，(g) VS2的SEM圖像及相應(yīng)的EDS元素映射:(h) V元素，(i) S元素。
圖 4. (a) VS2曲線和VS2-rGO在第二個周期的掃描速率0.1 mV s−1,(b)的奈奎斯特圖VS2和VS2-rGO電極循環(huán)(插圖顯示了高頻地區(qū)擴(kuò)大光譜和VS2的等效電路模型和VS2-rGO電極),(c)循環(huán)穩(wěn)定和CE VS2, VS2-rGO rGO電極在0.1 g−1,(d)的性能測試在不同的電流密度,從0.1到2 g−1電極,(e)電極在1a g−1下的持久循環(huán)行為。
圖 5. (a) VS2-rGO電極在第二周期掃描速率范圍內(nèi)的CV曲線，(b)不同氧化還原條件下峰值電流與掃描速率的擬合線和對數(shù)圖，(c)突出顯示區(qū)域內(nèi)1mv s−1時的假電容份額，(d)在不同掃描速率下VS2-rGO電極的假電容和擴(kuò)散驅(qū)動貢獻(xiàn)的比較概述。
圖 6. (a) VS2-rGO陽極、Li3V2(PO4)3/C陰極和VS2-rGO//Li3V2(PO4)3/C充放電曲線，(b)不同電流密度下VS2-rGO//Li3V2(PO4)3/C充放電曲線，(C) 0.1 a g−1電流密度下VS2-rGO//Li3V2(PO4)3/C充放電電池的循環(huán)穩(wěn)定性和CE， (d) 0.05 ~ 0.5 a g−1電流密度下VS2-rGO//Li3V2(PO4)3/C充放電電池的倍率性能。
圖7. (a) VS2-rGO電極在0.1 mA g−1下的恒流充放電曲線，(b) VS2-rGO電極在不同階段的非原位XRD譜圖，(c) VS2-rGO電極中Li+的儲存機(jī)理示意圖。
圖8。Li +在(a) VS2-rGO和(b) VS2-VS2界面處的吸附位點(diǎn)，(c) VS2-rGO和(d) VS2-VS2雙層的俯視圖，Li+在(e) VS2-rGO和(f) VS2-VS2界面處的遷移路徑，(g)Li+在VS2-rGO和VS2-VS2界面處擴(kuò)散的能壘。
相關(guān)科研成果由新加坡國立大學(xué)Palani Balaya，哈爾濱工業(yè)大學(xué)Hsu-Sheng Tsai等人于2024年發(fā)表在Journal of Power Sources（https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.235296）上。原文：In-situ assembly of 3D VS2/Reduced graphene oxide with superior lithium ion storage performance: The role of heterojunction
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.235296
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
