錫基材料是一種理想的鋰/鈉離子電池負(fù)極材料，具有較高的理論比容量，但由于其在充放電過程中巨大的體積變化導(dǎo)致錫基材料的循環(huán)穩(wěn)定性很差。如何設(shè)計(jì)并制備出一種新穎的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)電極材料，使其既能夠展現(xiàn)出優(yōu)異的鋰/鈉離子存儲(chǔ)能力，有能夠在充放電循環(huán)過程中保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是當(dāng)前錫基鋰/鈉離子電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

氧化錫-石墨烯雜化材料的掃描電鏡圖像

最近，華盛頓州立大學(xué)的研究人員利用石墨烯結(jié)構(gòu)支撐的氧化錫納米晶體，大大提高了電池性能。研究小組解釋說，這項(xiàng)技術(shù)也可用于鋰離子電池，使其更具吸引力。在他們的研究中，研究人員通過將致密的納米二氧化錫與三維石墨烯結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，解決了衰減問題。據(jù)報(bào)道，他們的混合結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，連接良好，多孔，允許更好地傳輸電子和離子。他們的研究表明，這種材料極大地提高了兩種電池的充電容量和速率，混合材料“表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能”。研究人員還測試了電池的材料。

無獨(dú)有偶，去年7月華中科技大學(xué)光電學(xué)院碩士生敖翔在導(dǎo)師王春棟副教授的指導(dǎo)下采用了一種合理設(shè)計(jì)的雙模板方法制備出了具有新穎結(jié)構(gòu)的蜂窩狀二氧化錫/碳復(fù)合電極材料。

(a)蜂窩狀二氧化錫/碳復(fù)合材料的掃描電鏡圖；(b)蜂窩狀二氧化錫/碳復(fù)合材料的透射電鏡圖；(c)蜂窩狀二氧化錫/碳復(fù)合材料在鋰離子電池中的循環(huán)性能；(d)蜂窩狀二氧化錫/碳復(fù)合材料在鈉離子電池中的循環(huán)性能

此方法采用了納米二氧化硅小球作為模板，制備空心二氧化錫小球結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用立方形氯化鈉模板得到片狀碳結(jié)構(gòu)，最終得到空心二氧化錫納米小球鑲嵌在層狀碳薄膜當(dāng)中的納米結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)中二氧化錫具有較高的理論比容量且所設(shè)計(jì)的碳片能夠有效地將二氧化錫小球連接在一起不僅有利于增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性，促進(jìn)電子或離子的傳輸，同時(shí)二氧化錫小球包覆在碳膜當(dāng)中可對(duì)其體積膨脹起到一定的限制作用，二氧化錫小球中的空腔結(jié)構(gòu)也會(huì)為它的體積膨脹提供一定的緩沖空間，這種合理的設(shè)計(jì)使得此電極材料表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的電化學(xué)性能在鋰（鈉）離子電池中。該材料在100 mA g-1的電流密度下循環(huán)100次后儲(chǔ)鋰容量和儲(chǔ)鈉容量分別達(dá)到928.9和251.5 mAh g-1，可見該材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，及較高的儲(chǔ)鋰容量和儲(chǔ)鈉容量，具有一定的商業(yè)化潛力。

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