Herstellung und elektrochemische Eigenschaften von granatapfelförmigen Fe2O3/C-Anoden für Li-Ionen-Batterien

Hintergrund

Als leistungsstarke grüne chemische Stromquelle werden Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Zyklenlebensdauer, geringen Selbstentladung und fehlenden a Memory-Effekt [1]. Mit der Entwicklung der Zeit können die traditionellen LIBs auf Basis eines Graphitmaterials jedoch aufgrund der geringen theoretischen Kapazität (372 mAh g ⁻¹ .) die wachsenden Anforderungen an eine hohe Energie- und Leistungsdichte nicht erfüllen ) aus Graphitmaterial [2]. Übergangsmetalloxide (TMOs) florierten in den letzten Jahrzehnten mit dem Ziel, im Vergleich zu kommerziellem Graphit überlegene spezifische Kapazitäten zu erreichen [3, 4]. Normalerweise Fe₂ O₃ wurde aufgrund seiner hohen theoretischen Kapazität (1007 mAh g ⁻¹ ), umweltfreundliche Natur, Ungiftigkeit und natürliche Fülle [5, 6]. Trotz seines enormen Potenzials wird seine kommerzielle Anwendung in LIBs jedoch immer noch durch einige gravierende Nachteile wie den schnellen Kapazitätsschwund und die Volumenausdehnung [7] während des Entlade-/Ladevorgangs behindert.

Um die obigen Probleme zu überwinden und die elektrochemische Leistung zu verbessern, wurden verschiedene Optimierungsstrategien vorgeschlagen. Eine gut akzeptierte Strategie [8] ist das Design einer nanostrukturierten Verbundelektrode, die nicht nur große Spannungen besser aufnimmt, sondern auch kurze Diffusionswege für die Lithium-Ionen-Insertion/-Extraktion bietet. Bis heute viele nanostrukturierte Fe₂ O₃ Materialien wie Nanopartikel, Nanostäbe, Nanodrähte und Nanoröhren wurden mit verschiedenen Methoden entworfen und hergestellt [9,10,11,12,13,14,15]. Mit Hilfe der Nanostruktur wird die Volumenausdehnung von Fe₂ O₃ effektiv untergebracht werden können. Darüber hinaus wurde die TMO-basierte LIB-Leistung durch die Einführung nanostrukturierter TMOs in leitfähige Matrices vor kurzem weiter verbessert [15,16,17,18,19]. Zum Beispiel die Einführung von Kohlenstoffbeschichtungen auf Fe₂ O₃ Kern wurde aufgrund der Fähigkeit der Kohlenstoffschicht, die elektrische Leitfähigkeit effektiv zu verbessern und das Reißen und Zerbröckeln des Fe₂ . einzudämmen, umfassend erforscht O₃ Anode beim Radfahren. Zhao et al. [20] präpariertes Fe₂ O₃ Nanopartikel und Graphenoxide durch Hydrothermal- bzw. Hummers-[21]-Methode. Dann Graphen-Fe₂ O₃ Verbundstoffe wurden durch Gefriertrocknungsverfahren erhalten. Etwas Fe₂ O₃ –C-Kern-Schale-Verbundwerkstoffe wie Carbon Nanotube@Fe₂ O₃ @C, Fe₂ O₃ @C-Hohlkugeln und Fe₂ O₃ @Graphit-Nanopartikel wurden durch zweistufige Synthesemethoden hergestellt, die hydrothermale Reaktionen und Hochtemperatur-Kalzinierungsprozesse beinhalten [22,23,24]. Diese Verbundstoffe haben ausgezeichnete Li-Speichereigenschaften gezeigt. Der komplizierte Herstellungsprozess, die lange Behandlungszeit und die hohen Kosten dieser Komposite schränken jedoch ihre weiteren Anwendungen ein. Entwicklung eines einfacheren Ansatzes für Fe₂ O₃ –C-Kern-Schale-Struktur wird dringend benötigt.

Hier berichten wir über eine Synthese des Fe₂ O₃ /Kohlenstoff-Kern-Schale-Nanokomposit über einen einfachen einstufigen hydrothermalen Prozess. Das resultierende Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit besitzt eine granatapfelartige Struktur, in der Fe₂ O₃ wurde in Carbonschalen gekapselt und jeder Kern-Schale verbindet sich wie ein Granatapfel. Diese einzigartige poröse Granatapfelstruktur kann nicht nur eine gute elektrische Leitfähigkeit für aktives Fe₂ . gewährleisten O₃ , aber auch große Volumenänderungen während der Zyklen aufnehmen sowie die schnelle Diffusion von Li-Ionen erleichtern. Als Ergebnis zeigten die Anoden eine bemerkenswerte Leistungsverbesserung, wenn sie in LIBs verwendet wurden.

Methoden

Eisennitrat-Nonahydrat (Fe₃ .) (NEIN₃ )₃ ·9H₂ O), wasserfreie Dextrose (C₆ .) H₁₂ O₆ ), wasserfreies Ethanol (CH₃ CH₂ OH), Polyvinylidendifluorid (PVDF) und N -Methyl-2-pyrrolidinon (NMP) wurden von Tianjin Fuchen Chemical Reagents Factory, China, bezogen. Entionisiertes Wasser (H₂ .) O) wurde von der Hebei University of Technology bereitgestellt.

Das granatapfelförmige Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit wurde durch ein hydrothermales Verfahren hergestellt. Erstens 1,212 g Fe₃ (NEIN₃ )₃ ·9H₂ O und 0,9 g C₆ H₁₂ O₆ wurden in 40 ml entionisiertem Wasser durch magnetisches Rühren für 30 Minuten gelöst, das Verhältnis von Kohlenstoff in der C₆ H₁₂ O₆ das Fe₃ . einbügeln (NEIN₃ )₃ ·9H₂ O ist 10:1. Zweitens wurde die Lösung in einem mit Teflon ausgekleideten Autoklaven mit einem Fassungsvermögen von 100 ml versiegelt und 9 h auf 190 °C erhitzt und auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurden die hydrothermalen Syntheseprodukte entnommen und mit entionisiertem Wasser zentrifugal getrennt. Zuletzt wurden die Produkte in der thermostatischen Trockenkammer bei 60 °C 12 h lang getrocknet.

Die Phasenzusammensetzung der Proben wurde durch Pulver-XRD auf einem Rigaku D/Max 2500 V/pc-Röntgendiffraktometer mit Cu-Kα-Strahlung (λ = 1.5406 Å) mit Scanbereich (2θ ) 20~70° und der Scanschritt von 0,02°. Raman-Spektren wurden mit einem Ar-Ionen-Laser von 532 nm unter Verwendung des in Via Reflex Raman-Imaging-Mikroskopsystems erhalten. Der Kohlenstoffgehalt von granatapfelförmigem Fe₂ O₃ /C-Nanokomposite wurde durch die Methode der thermogravimetrischen Analyse (TGA; TA Instruments, SDTQ600) [22, 24] abgeschätzt, die eine Gewichtsänderung nach dem Aufheizen zeigte. Das Gewichtsverhältnis von Kohlenstoff wurde mit 45,2 Gew.-% berechnet. Die Morphologie der Proben wurde durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) (JEOL JSM-6700F) durchgeführt. Die Mikrostruktur wurde mit einem JEOL JEM-2100F Transmissionselektronenmikroskop (TEM) charakterisiert und die elementare Zusammensetzung der Proben wurde durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) analysiert. Die Elemente und ihre Valenzzustände wurden durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS; VG ESCALAB MK II, VG Scientific) analysiert.

Um die elektrochemische Leistung zu untersuchen, wurden aktive Materialien (80 %), Super-P (10 %) und Polyvinylidenfluorid (PVDF, 10 %) in N . gemischt -Methyl-2-pyrrolidinon (NMP), um eine Aufschlämmung zu bilden. Dann wurde die Aufschlämmung auf ein Cu-Foliensubstrat aufgetragen und 6 h bei 100 °C getrocknet. Die Aktivmaterialien wurden als Arbeitselektrode und Li-Metallfolie als Gegenelektrode verwendet, 1 Mol L ^–1 LiPF₆ in Ethylencarbonat (EC) und Dimethylcarbonat (DMC) (1:1, bezogen auf das Volumen) wurde als Elektrolyt verwendet, Celgard 2300 wurde als Separator verwendet und CR2025-Knopfzellen wurden in einem Handschuhkasten unter Argonatmosphäre montiert. Zyklentests wurden bei 25 °C mit einem CT-4008-Batteriezyklussystem zwischen 0,01 und 3,00 V bei einer Stromdichte von 100 mA g ⁻¹ . getestet für 100 Zyklen. Die Ratenprüfung bei unterschiedlichen Stromdichten (10 Zyklen jeweils bei 100 mA g ⁻¹ , 200 mA g ⁻¹ , 500 mA g ⁻¹ , und 2000 mA g ⁻¹ ) folgte ein zusätzlicher Zyklustest bei 100 mA g ⁻¹ . Zyklische Voltammetrie (CV) wurde auf einer elektrochemischen Workstation (Zahner Im6e) mit einer Abtastrate von 0,5 mV s ⁻¹ . durchgeführt in einem Potenzialbereich von 0,01~3 V (gegen Li/Li ⁺ ) bei Raumtemperatur. Zum Vergleich die elektrochemische Leistung von Fe₂ O₃ Nanosphären (25~50 nm, CAS-Nr. 1309-37-1, bezogen von Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co. Ltd.) wurden ebenfalls mit dem gleichen Messparameter getestet.

Ergebnisse und Diskussion

Die kristallographischen Strukturen von Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit werden durch XRD bestätigt und das Ergebnis ist in Abb. 1a gezeigt. Es ist zu sehen, dass das XRD-Muster von Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit konnte als Hämatit-Kristallstruktur von Fe₂ . indiziert werden O₃ (JPDS Nr. 33-0664). Beugungspeaks von Fe₂ O₃ in (012), (104), (110), (006), (113), (024), (116), (018), (214), (300) und (208) kann die Kristallebene eindeutig sein beobachtet. Aufgrund der niedrigen hydrothermalen Reaktionstemperatur (190 °C), die unter der Kristallisationstemperatur von Kohlenstoff liegt, werden keine Beugungspeaks von Kohlenstoff nachgewiesen.

a XRD-Muster von Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit. b Raman-Spektren von Fe₂ O₃ /C Nanokomposit

Die Raman-Messung wird verwendet, um die Bildung von Fe₂ . zu überprüfen O₃ /C-Nanokomposit. Wie in Abb. 1b gezeigt, zeigen die Raman-Spektren den Peak bei etwa 1306 cm ⁻¹ . verbunden mit der Hämatit-Zwei-Magnon-Streuung, die das Merkmal von Fe₂ . ist O₃ . Aus diesem Grund Fe₂ O₃ war mit Kohlenstoff beschichtet, der Peak von Fe₂ O₃ ist nicht offensichtlich [25]. Die Spitzen bei 1396 cm ⁻¹ und 1571 cm ⁻¹ sind charakteristische Kohlenstoff-D-Band- bzw. G-Band-Peaks. Ersteres entspricht dem ungeordneten Kohlenstoff, während letzteres 2D-Graphit zuordnet. Der niedrige Wert des Intensitätsverhältnisses zwischen D- und G-Band (ID/IG) impliziert einen hohen relativen Anteil an graphitischem Kohlenstoff und eine gute elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstoffschicht, was für die Leitfähigkeit von Fe₂ . von Vorteil ist O₃ /C Nanokomposit.

In Abb. 2 sind XPS-Übersichtsspektren zur weiteren Bewertung der chemischen Zusammensetzung und der Wertigkeitszustände des Produkts dargestellt. Abbildung 2a zeigt ein vollständig gescanntes XPS-Spektrum von Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit. Die C 1s-, O 1s- und Fe 2p-Kern-Photoionisationssignale sowie die Fe Auger- und O Auger-Signale sind deutlich zu finden. Ein hochauflösender XPS-Scan des Fe 2p-Kernniveaus ist in Abb. 2b gezeigt. Es wird gezeigt, dass die Peaks bei 711,6 und 725,2 eV Fe 2p_3/2 . entsprechen und Fe 2p_1/2 jeweils im Fe 2p-Spektrum. Die Bindungsenergiedifferenz beträgt 13,6 eV, was mit der dreiwertigen Oxidationsstufe von Fe übereinstimmt [26]. Das C 1s-Spektrum von Fe₂ O₃ /C (Abb. 3c) legt drei kohlenstoffhaltige funktionelle Gruppen nahe:C–C/C=C (284,2 eV), C=O (287,3 eV) und O–C=O (290,4 eV). Das Vorhandensein der Fe-OC-Bindung (533,4 eV) im O 1s-Spektrum (Abb. 3d) weist auf das Vorhandensein starker Grenzflächenwechselwirkungen (Fe-OC-Bindungen) zwischen Fe₂ . hin O₃ und kohlenstoffbasierte Matrix.

a XPS-Untersuchungsspektren von Fe₂ O₃ /C, b Fe 2p, c C 1s und d O 1s-Spektren

a , b REM-Aufnahmen von Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit; Einschübe:die Porengrößenverteilung von Fe₂ O₃ /C-Verbundstoffe. c , d TEM-Bilder von Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit. e Hochauflösendes TEM-Bild und f entsprechende SAED-Muster von Fe₂ O₃ /C

REM-Aufnahmen von Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit sind in Abb. 3a, b gezeigt. Es wird deutlich, dass kugelförmige Nanopartikel mit einheitlicher Größe zwischen 30 und 40 nm homogen dispergiert sind. Zwischen den Partikeln bleibt viel Platz, wodurch eine 3D-leitfähige Struktur entsteht. Der durchschnittliche Durchmesser des Fe₂ O₃ /C-Partikel wurden mit 34,3 nm ermittelt, wie in Abb. 3a als Einschub gezeigt.

Ausführlichere Informationen zum Fe₂ O₃ /C-Nanokomposit wird weiter durch TEM-Bilder überwacht (Abb. 3). Wie in Abb. 3c, d gezeigt, ist das Fe₂ O₃ Nanopartikel sind gut in Kohlenstoffhüllen eingeschlossen, was auf eine Granatapfel-Kern-Schale-Struktur schließen lässt. Gemäß hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM)-Analyse von Fe₂ O₃ /C-Kern-Schale-Nanopartikel (Abb. 3e), kristalline Ebenen von Fe₂ O₃ (104), (012) mit einem Abstandsabstand von 0,33 nm und 0,27 nm deutlich zu finden, was mit den obigen XRD-Testergebnissen übereinstimmt. Es ist auch deutlich zu erkennen, dass das Fe₂ O₃ Nanopartikel sind gut von einer Kohlenstoffschicht mit einer Dicke von etwa 1,75 nm bedeckt. Das entsprechende Selected Area Electron Diffraktion (SAED)-Muster bestätigt, dass der polykristalline Beugungsring der Probe dem Fe₂ . entspricht O₃ Ebenen, wie in Abb. 3f gezeigt.

Abbildung 4a zeigt die CV-Plots mit einem Spannungsbereich zwischen 0,01 und 3,0 V bei einer Abtastrate von 0,1 mV s ⁻¹ . Im ersten Zyklus wurde angenommen, dass der kathodische Peak bei etwa 0,7 V auf die Konversation von Fe ³⁺ . zurückzuführen ist zu Fe ⁰ sowie die Bildung eines Festelektrolyt-Zwischenphasen(SEI)-Films, während der breite Peak nahe 0,1 V mit dem Li ⁺ . zusammenhängen kann Ioneninsertion in Kohlenstoff und Bildung von LiC₆ [27]. Ein dominanter anodischer Peak bei 1,75 V kann der Oxidation von Fe ⁰ . zugeschrieben werden bis Fe ³⁺ . Die zugehörige Reaktion kann durch die Gl. (1) [27]:

Das zyklische Voltammogramm (a ) und Spannungsprofile (b ) des Fe₂ O₃ /C-Zusammensetzung im ersten, zweiten und dritten Zyklus. c Zyklusleistung von Fe₂ O₃ /C und Fe₂ O₃ Nanopartikel bei 100 mA g ⁻¹ . d Ratenfähigkeit von Fe₂ O₃ /C und Fe₂ O₃ Nanopartikel mit einer Stromdichte von 100 bis 2000 mA g ⁻¹

In den folgenden Zyklen verschoben sich beide Positionen der kathodischen und anodischen Peaks zu einem höheren Potential (0,8 bzw. 1,78 V), was auf die verbesserte Kinetik des Fe₂ . zurückgeführt werden kann O₃ Elektrode nach der Neuausrichtung der Struktur und der elektrochemischen Aktivierung. Inzwischen sind die Intensitäten der CV-Kurven leicht gesunken, was möglicherweise auf einen besseren elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden mit Elektrolyt und die Bildung eines stabilen SEI-Films zurückzuführen ist. Darüber hinaus implizierten die überlappten CV-Kurven in den folgenden Zyklen eine gute elektrochemische Reversibilität.

Die ersten drei Lade-/Entladezyklen von Fe₂ O₃ /C-Elektroden bei einer konstanten Stromdichte von 100 mA g ⁻¹ sind in Abb. 4b dargestellt. Die erste Entladekapazität von Fe₂ O₃ /C war 917 mAh g ⁻¹ und war nur 760 mAh g ⁻¹ während des Aufladens. Der Kapazitätsverlust kann durch die unvermeidliche Bildung eines Festelektrolyt-Zwischenphasen(SEI)-Films verursacht werden. Die reversible Kapazität des zweiten und dritten Zyklus beträgt 776 und 763 mAh g ⁻¹ bzw. Es weist die ausgezeichnete Zyklenstabilität auf.

Die Zyklenleistung der Elektrode bei einer Stromdichte von 100 mA g ⁻¹ ist in Abb. 4c gezeigt. Die zweite Entladekapazität des Fe₂ O₃ /C ist 776 mAh g ⁻¹ , und nach 100 Zyklen behielt die Elektrode eine spezifische Kapazität von 705 mAh g ⁻¹ . bei , was etwa 90% der zweiten Entladekapazität ausmacht, was auf eine gute Zyklenleistung hinweist. Und die Coulomb-Effizienz beträgt nach 100 Zyklen fast 100 %, was die überlegene elektrochemische Leistung weiter bestätigt. Die Ratenleistung des Fe₂ O₃ /C bei einer Stromdichte von 100 bis 2000 mA g ⁻¹ wird in Abb. 4d angezeigt. Mit einer Ladekapazität von 710 mAh g ⁻¹ . zeigte es eine gute Ladekapazität , 620 mAh g ⁻¹ , 580 mAh g ⁻¹ , und 480 mAh g ⁻¹ bei 100 mA g ⁻¹ , 200 mA g ⁻¹ , 500 mA g ⁻¹ , und 2000 mA g ⁻¹ , bzw. Als die Rate wieder auf 100 mA g ⁻¹ zurückgesetzt wurde , war die Kapazität der Elektrode wieder bei 680 mAh g ⁻¹ , die eine ausgezeichnete Rate-Fähigkeit zeigte. Die hervorragende elektrochemische Leistung wird hauptsächlich der verbesserten Kern-Schale-Strukturstabilität zugeschrieben, und Kohlenstoff verbessert die elektrische Leitfähigkeit. Jede Kern-Schale-Struktur verbindet sich als Granatapfel, was auch den Elektronentransfer verbessern kann, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern und die strukturelle Stabilität zu erhöhen.

Abbildung 4c, d zeigen auch die Zyklenleistung des Fe₂ O₃ Nanopartikelanode bei 100 mA g ⁻¹ . Die erste Entladekapazität des Fe₂ O₃ Nanopartikel etwa 720,9 mAh g ⁻¹ , aber nach 100 Zyklen behielt es nur eine spezifische Kapazität von 396,5 mAh g ⁻¹ . bei . Und die Ratenleistung des Fe₂ O₃ Nanopartikel mit aktuellen Raten von 100 bis 2000 mA g ⁻¹ ist in Abb. 4d gezeigt. Die Kapazität des Fe₂ O₃ Anode ist 570 mAh g ⁻¹ , 505 mAh g ⁻¹ , 450 mAh g ⁻¹ , und 345 mAh g ⁻¹ bei 100 mA g ⁻¹ , 200 mA g ⁻¹ , 500 mA g ⁻¹ , und 2000 mA g ⁻¹ , bzw. Als die Rate wieder auf 100 mA g ⁻¹ zurückgesetzt wurde , die Kapazität der Elektrode betrug wieder 395 mAh g ⁻¹ . Daher sind die elektrochemische Rate und die Zyklenleistung von Fe₂ O₃ Nanopartikelanode ist nicht 60 % so gut wie Fe₂ O₃ /C-Anode, die hauptsächlich auf die Volumenausdehnung von Fe₂ . zurückzuführen ist O₃ Nanopartikel während des Lade- und Entladevorgangs.

Die theoretische Kapazität (C _theo. ) des erhaltenen granatapfelförmigen Fe₂ O₃ /C-Anode ist C _theo. = C _Fe2O3,theo. × Fe₂ O₃ % + C _{Kohlenstoff,theo.} × Kohlenstoff% = 1007 × 54,8% + 372 × 45,2% = 720 mAh g ⁻¹ . Nach Lade-/Entladezyklen bei 100 mA g ⁻¹ für 100 Zyklen blieb die Entladekapazität bei etwa 705 mAh g ⁻¹ , was etwas unter der theoretischen Kapazität liegt. Diese hohen Kapazitäten können aus den synergistischen Wechselwirkungen zwischen Fe₂ . resultieren O₃ und Kohlenstoff.

Abbildung 5 zeigt die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) des Fe₂ . O₃ und Fe₂ O₃ /C-Elektroden vor und nach 100 Zyklen. Der Hochfrequenz-Halbkreis in der Nyquist-Darstellung ist mit dem Ladungsübertragungswiderstand der Elektrode verbunden, während die Steigungslinie bei der Niederfrequenz ein Hinweis auf die Warburg-Impedanz von Li-Ionen in die Aktivmaterialdiffusion ist. Es ist allgemein bekannt, dass ein kleinerer Halbkreis einen niedrigeren Ladungsübertragungswiderstand einer Elektrode darstellt. Offensichtlich ist der Durchmesser des Halbkreises für das granatapfelförmige Kern-Schale-Fe₂ O₃ /C-Verbund vor und nach Zyklen ist viel kleiner als der des Fe₂ O₃ Kontrastmaterial im entsprechenden Zustand, was darauf hinweist, dass das kern-schale granatapfelförmige Fe₂ O₃ /C-Verbundelektrode besitzt niedrigere Kontakt- und Ladungstransferimpedanzen, wenn sie als Anodenmaterialien verwendet wird als das bloße Fe₂ O₃ Probe. Dieses Ergebnis kann auf die poröse granatapfelförmige Struktur des Fe₂ . zurückgeführt werden O₃ /C-Anode, die mehr Platz bietet, um die Volumenänderung anzupassen und Li ⁺ . zu fördern Ionendiffusion während der Lithiierung und Delithiation.

Nyquist-Plots von Fe₂ O₃ und Fe₂ O₃ /C-Elektroden

Li-Speicherleistung des erhaltenen granatapfelförmigen Kern-Schale-Fe₂ O₃ /C-Anode und zugehöriges Fe₂ O₃ /C-Materialien, über die in der früheren Literatur berichtet wurde, sind in Tabelle 1 zusammengefasst [27,28,29,30,31,32,33,34]. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass das granatapfelförmige Fe₂ O₃ /C-Anode zeigt nach Zyklen eine höhere Kapazität als die meisten berichteten Anoden. Die hervorragende Leistung des Materials bei der Li-Ionen-Speicherung kann auf die einzigartige Struktur der makroskopischen Granatapfelform mit reichlicher Porosität sowie auf das mikroskopische Kern-Schale-Fe₂ . zurückgeführt werden O₃ –C-Struktur, die eine gute elektrische Leitfähigkeit für aktives Fe₂ . gewährleisten kann O₃ , nehmen große Volumenänderungen während der Zyklen auf und erleichtern die schnelle Diffusion von Li-Ionen.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir erfolgreich granatapfelförmige Fe₂ . entwickelt und synthetisiert O₃ /C zur Verwirklichung der Industrialisierung. Das Fe₂ O₃ Nanopartikel sind gut in Kohlenstoffhüllen eingeschlossen, und jede Kern-Schale-Struktur ist wie Granatapfel miteinander verbunden, was nicht nur die Stabilität der Anode während des Entlade-/Ladevorgangs verbessert, sondern auch zu einer Verbesserung der Lithium-Reaktionskinetik führt. Diese Struktur reduziert die Volumenausdehnung stark und sorgt für eine gute Elektrolytdiffusion. Also das Fe₂ O₃ /C-Verbundwerkstoffe als Anode von LIB weisen eine überlegene Lithium-Ionen-Speicherleistung auf.

Abkürzungen

TMOs:

Übergangsmetalloxide

Fe₂ O₃ /C:

Fe₂ O₃ /Kohlenstoff

Fe₃ (NEIN₃ )₃ ·9H₂ O:

Eisennitrat-Nonahydrat

C₆ H₁₂ O₆ :

Wasserfreie Dextrose

CH₃ CH₂ OH:

Wasserfreies Ethanol

PVDF:

Polyvinylidendifluorid

NMP:

N -Methyl-2-pyrrolidinon

LIBs:

Lithium-Ionen-Akkus

XRD:

Röntgenbeugung

SEM:

Rasterelektronenmikroskop

TEM:

Transmissionselektronenmikroskop

HRTEM:

Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie

EDS:

Energiedispersive Röntgenspektroskopie

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie

EC:

Ethylencarbonat

DMC:

Dimethylcarbonat

Lebenslauf:

Zyklische Voltammetrie

SAED:

Ausgewählte Bereichselektronenbeugung

SEI:

Festelektrolyt-Zwischenphase

EIS:

Elektrochemische Impedanzspektroskopie.