石墨烯超级电容器选型 3D互连氮掺杂超薄碳框架和封装Fe2O3的高性能锂离子电容器

成果简介

由电荷存储机制引起的电容器型和电池型电极之间容量和电化学反应动力学的不匹配阻碍了锂离子电容器（LICs）的发展。为了缓解上述矛盾，本文，兰州大学高美珍教授团队在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“High-Performance Lithium-Ion Capacitors Based on 3D Interconnected Nitrogen-Doped Ultrathin Carbon Frameworks with Encapsulated Fe2O3 Nanoparticles”的论文，研究提出一种3D互连的氮掺杂超薄碳制备了用 Fe2O3 ( 3DNC@Fe2O3-700)封装的 (3DNC) 框架，并将其用作阳极和阴极来制造对称的LICs。

3DNC框架可以提供稳定的结构、短的电子传输长度和丰富的活性位点。此外，封装的纳米粒子（NPs）可以提高负极的容量，同时由3DNC和Fe2O3 NPs之间相对强的相互作用和丰富的界面，保持了优异的循环性能。得益于独特的性能，3DNC@Fe2O3-700阳极的容量为946.6mA hg，在15000次循环后保留率为 106.5%。3DNC@Fe2O3-700正极的容量为82.1mA hg –1，循环5000次后保持率为100%。3DNC@Fe2O3-700// 3DNC@Fe2O3-700 LICs在226Wkg–1时表现出206Wh kg –1的高能量密度和5000次循环后容量保持率118.2%的优异性能在1Ag–1。这项工作可能为缓解高性能对称 LIC 的阳极和阴极之间的不匹配提供了一条途径。

图文导读

图1. (a) 3DNC@Fe2O3- X的制备示意图；(be) 样品的 FESEM 图像：(b) Nano-NaCl, (c) PPy@Fe 3 @NaCl, (d) 3DNC@Fe2O3@NaCl-X, (e) 3DNC@Fe 2O3 -X

图2. (a) TEM 图像，(b-e) HRTEM 图像，(f) HAADF-STEM 图像，和 (f 1 -f 4 ) 3DNC@Fe2 O 3 -700的 C、N、O 和 Fe 的相应元素映射。

图3.(a) 3DNC@Fe2O3-700阳极在1mVs–1下的初始三个CV曲线。(b)3DNC@Fe2O3-700阳极在不同扫描速率下的CV曲线。(c) 3DNC@Fe2O3-700阳极在不同电流密度下的充放电曲线。(d) 3DNC@Fe2O3-700-X阳极在 0.2mV s –1时的 CV 曲线。(e) 3DNC@Fe2O3-700- X阳极的倍率性能。(f) 3DNC@Fe2O3-700的奈奎斯特图-X阳极。(g) 3DNC@Fe2O3-700阳极在20Ag–1下5000次充放电循环的循环性能。

图4. 3DNC@Fe2O3-700的结构和成分示意图。

图5. (a) 3DNC@Fe2O3-700// 3DNC@Fe2O3-700 LICs在不同电流密度下的充放电曲线。

(b) 3DNC@Fe2O3-700// 3DNC@Fe2O3-700LICs在不同扫描速率下的CV曲线。

(c) 3DNC@Fe2O3-700// 3DNC@Fe2O3-700 LIC的奈奎斯特图。

(d) 3DNC@Fe2O3-700// 3DNC@Fe2O3-700的拉贡图与其他LIC相比。

(e) 3DNC@Fe2O3-700// 3DNC@Fe2O3-700LIC 在1A g –1下 5000 次充电/放电循环的循环性能

文献：

https://doi.org/10.1021/acsaem.1c03954