Erforschung von Fe3O4@C-Nanokompositen als Anodenmaterialien für Lithium

Die Lithium-Ionen-Batterie (LIB) wird häufig in Elektrofahrzeugen und tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen und Laptops eingesetzt. Allerdings weisen die aktuellen LIBs Einschränkungen hinsichtlich der spezifischen Kapazität und der Geschwindigkeitsleistung auf, was es schwierig macht, der steigenden Nachfrage nach langen Betriebszeiten in elektronischen Geräten gerecht zu werden.

Um dieses Problem anzugehen, haben Forscher neue Anodenmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität und Zyklenstabilität erforscht. Ein vielversprechendes Material ist Eisenoxid (Fe3O4), das eine hohe theoretische spezifische Kapazität, niedrige Kosten und Umweltfreundlichkeit aufweist. Allerdings leidet Fe3O4 unter einem schnellen Kapazitätsabfall und schlechten Ladungsübertragungseigenschaften.

Um diese Nachteile zu überwinden, wurden verschiedene Strategien eingesetzt, um die strukturelle Stabilität und elektrische Leitfähigkeit von Fe3O4 zu verbessern. Nanostrukturiertes Fe3O4 wie Nanopartikel und Nanostäbe wurden synthetisiert, um Stress abzubauen und den Li/Li+-Diffusionsabstand zu verringern. Kohlenstoffbeschichtete Fe3O4-Nanokomposite und mit Graphen umwickeltes Nano-Fe3O4 wurden ebenfalls entwickelt, um die Zyklenstabilität zu verbessern, indem sie als Puffer dienen und den Ladungstransfer verbessern.

Darüber hinaus wurde die Konstruktion von Dotterschalen oder anderen Hohlstrukturen untersucht, um einzigartige strukturelle Effekte zu erzielen. Metallorganische Gerüste (MOFs) wurden als Vorläufer zur Herstellung funktioneller poröser Materialien mit gewünschten Formen verwendet. Verschiedene [email protected] Nanokomposite wurden synthetisiert und zeigten eine hervorragende elektrochemische Leistung als Anodenmaterialien für LIBs.

In dieser Arbeit wurde eine groß angelegte Anwendungsmethode zur Herstellung von [email protected] Nanokompositen mit kontrollierbaren Morphologien vorgestellt. Die Nanokomposite zeigten herausragende elektrochemische Leistungen, einschließlich beeindruckender Zyklenleistung und Hochgeschwindigkeitsfähigkeit.

Die [email protected] Nanokomposite wurden durch Karbonisierung des plasmaunterstützten kugelgemahlenen Ferrocen-Vorläufers synthetisiert. Die Phasenkomponenten und die Morphologie der Nanokomposite wurden mittels XRD, SEM und STEM untersucht. Der Kohlenstoffgehalt wurde mithilfe der TG-Analyse bestimmt und die Porenstruktur und die spezifische Oberfläche wurden anhand von Stickstoffadsorptions-/Desorptionsisothermen bewertet. Zur weiteren Analyse wurden auch Raman-Spektren und XPS durchgeführt.

Elektrochemische Messungen wurden mit den synthetisierten [email protected] Nanokompositen durchgeführt. Die Nanokomposite wurden auf Cu-Folie aufgetragen, um Knopfbatterien zusammenzubauen. Die Lade-/Entlademessungen wurden mit einem Batterietestsystem durchgeführt.

Insgesamt zeigten die [email protected] Nanokomposite ein vielversprechendes Potenzial als Anodenmaterialien für LIBs mit verbesserter spezifischer Kapazität, Zyklenstabilität und Hochgeschwindigkeitsfähigkeit.