还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能

许婧 杨德志 廖小珍 何雨石 马紫峰

引用本文: 许婧, 杨德志, 廖小珍, 何雨石, 马紫峰. 还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能[J]. 物理化学学报, 2015, 31(5): 913-919. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503162 shu
Citation:  XU Jing, YANG De-Zhi, LIAO Xiao-Zhen, HE Yu-Shi, MA Zi-Feng. Electrochemical Performances of Reduced Graphene Oxide/Titanium Dioxide Composites for Sodium-Ion Batteries[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(5): 913-919. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503162 shu

还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能

  • 基金项目:

    上海市自然科学基金(15ZR1422300) (15ZR1422300)

    国家自然科学基金(21336003, 21073120, 21006063) (21336003, 21073120, 21006063)

    国家重点基础研究发展计划(973)(2014CB239700) 资助项目 (973)(2014CB239700)

摘要:

二氧化钛(TiO2)作为有前景的钠离子电池负极材料, 具有良好的循环稳定性, 但由于其导电率较低, 而导致容量和倍率性能不佳限制了其实际应用. 本文采用喷雾干燥技术制备了氧化石墨烯/纳米TiO2复合材料( /TiO2), 通过热处理获得还原氧化石墨烯/TiO2复合材料(R /TiO2). 电化学测试结果表明, 还原氧化石墨烯改性的R /TiO2复合材料的电化学性能得到显著提升, R 含量为4.0%(w)的R /TiO2复合材料在各种电流密度下的可逆容量分别为183.7 mAh·g-1 (20 mA·g-1), 153.7 mAh·g-1 (100 mA·g-1)和114.4 mAh·g-1 (600mA·g-1), 而纯TiO2的比容量仅为93.6 mAh·g-1 (20 mA·g-1), 69.6 mAh·g-1 (100 mA·g-1)和26.5 mAh·g-1 (600mA·g-1). 4.0%(w) R /TiO2复合材料体现了良好的循环稳定性, 在100 mA·g-1电流密度下充放电循环350个周期后, 比容量仍然保持146.7 mAh·g-1. 同等条件下, 纯TiO2电极比容量只有68.8 mAh·g-1. R 包覆改性极大提高了TiO2在钠离子电池中的电化学嵌钠/脱钠性能. R 包覆改性技术在改进钠离子电池材料性能中将有很好的应用前景.

English

    1. [1]

      (1) Ong, S. P.; Chevrier, V. L.; Hautier, G.; Jain, A.; Moore, C.; Kim, S.; Ma, X.; Ceder, G. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3680. doi: 10.1039/c1ee01782a

      (1) Ong, S. P.; Chevrier, V. L.; Hautier, G.; Jain, A.; Moore, C.; Kim, S.; Ma, X.; Ceder, G. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3680. doi: 10.1039/c1ee01782a

    2. [2]

      (2) Pan, H.; Hu, Y. S.; Chen, L. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2338. doi: 10.1039/c3ee40847g(2) Pan, H.; Hu, Y. S.; Chen, L. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2338. doi: 10.1039/c3ee40847g

    3. [3]

      (3) Chevrier, V.; Ceder, G. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A1011.(3) Chevrier, V.; Ceder, G. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A1011.

    4. [4]

      (4) Palomares, V.; Serras, P.; Villaluenga, I.; Hueso, K. B.; Carretero- nzález, J.; Rojo, T. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5884. doi: 10.1039/c2ee02781j(4) Palomares, V.; Serras, P.; Villaluenga, I.; Hueso, K. B.; Carretero- nzález, J.; Rojo, T. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5884. doi: 10.1039/c2ee02781j

    5. [5]

      (5) Slater, M. D.; Kim, D.; Lee, E.; Johnson, C. S. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 947. doi: 10.1002/adfm.v23.8(5) Slater, M. D.; Kim, D.; Lee, E.; Johnson, C. S. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 947. doi: 10.1002/adfm.v23.8

    6. [6]

      (6) Alcántara, R.; Jiménez-Mateos, J. M.; Lavela, P.; Tirado, J. L. Electrochem. Commun. 2001, 3, 639. doi: 10.1016/S1388-2481(01)00244-2(6) Alcántara, R.; Jiménez-Mateos, J. M.; Lavela, P.; Tirado, J. L. Electrochem. Commun. 2001, 3, 639. doi: 10.1016/S1388-2481(01)00244-2

    7. [7]

      (7) Alcántara, R.; Lavela, P.; Ortiz, G. F.; Tirado, J. L. Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, A222.(7) Alcántara, R.; Lavela, P.; Ortiz, G. F.; Tirado, J. L. Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, A222.

    8. [8]

      (8) Doeff, M. M.; Ma, Y.; Visco, S. J.; De Jonghe, L. C. J. Electrochem. Soc. 1993, 140, L169.(8) Doeff, M. M.; Ma, Y.; Visco, S. J.; De Jonghe, L. C. J. Electrochem. Soc. 1993, 140, L169.

    9. [9]

      (9) Stevens, D.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 1271. doi: 10.1149/1.1393348(9) Stevens, D.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 1271. doi: 10.1149/1.1393348

    10. [10]

      (10) Stevens, D.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2001, 148, A803.(10) Stevens, D.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2001, 148, A803.

    11. [11]

      (11) Ong, S. P.; Chevrier, V. L.; Hautier, G.; Jain, A.; Moore, C.; Kim, S.; Ma, X.; Ceder, G. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3680. doi: 10.1039/c1ee01782a(11) Ong, S. P.; Chevrier, V. L.; Hautier, G.; Jain, A.; Moore, C.; Kim, S.; Ma, X.; Ceder, G. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3680. doi: 10.1039/c1ee01782a

    12. [12]

      (12) Huang, J. P.; Yuan, D. D.; Zhang, H. Z.; Cao, Y. L.; Li, G. R.; Yang, H. X.; Gao, X. P. RSC Adv. 2013, 3, 12593. doi: 10.1039/c3ra42413h(12) Huang, J. P.; Yuan, D. D.; Zhang, H. Z.; Cao, Y. L.; Li, G. R.; Yang, H. X.; Gao, X. P. RSC Adv. 2013, 3, 12593. doi: 10.1039/c3ra42413h

    13. [13]

      (13) Kavan, L.; Kratochvilová, K.; Grätzel, M. J. Electroanal. Chem. 1995, 394, 93. doi: 10.1016/0022-0728(95)03976-N(13) Kavan, L.; Kratochvilová, K.; Grätzel, M. J. Electroanal. Chem. 1995, 394, 93. doi: 10.1016/0022-0728(95)03976-N

    14. [14]

      (14) Senguttuvan, P.; Rousse, G.; Seznec, V.; Tarascon, J. M.; Palacin, M. R. Chem. Mater. 2011, 23, 4109. doi: 10.1021/cm202076g(14) Senguttuvan, P.; Rousse, G.; Seznec, V.; Tarascon, J. M.; Palacin, M. R. Chem. Mater. 2011, 23, 4109. doi: 10.1021/cm202076g

    15. [15]

      (15) Xu, Y.; Lotfabad, E. M.; Wang, H. L.; Farbod, B.; Xu, Z.W.; Kohandehghan, A.; Mitlin, D. Chem. Commun. 2013, 49, 8973. doi: 10.1039/c3cc45254a(15) Xu, Y.; Lotfabad, E. M.; Wang, H. L.; Farbod, B.; Xu, Z.W.; Kohandehghan, A.; Mitlin, D. Chem. Commun. 2013, 49, 8973. doi: 10.1039/c3cc45254a

    16. [16]

      (16) Komaba, S.; Matsuura, Y.; Ishikawa, T.; Yabuuchi, N.; Murata, W.; Kuze, S. Electrochem. Commun. 2012, 21, 650.(16) Komaba, S.; Matsuura, Y.; Ishikawa, T.; Yabuuchi, N.; Murata, W.; Kuze, S. Electrochem. Commun. 2012, 21, 650.

    17. [17]

      (17) Qian, J.; Chen, Y.; Wu, L.; Cao, Y.; Ai, X.; Yang, H. Chem. Commun. 2012, 48, 7070. doi: 10.1039/c2cc32730a(17) Qian, J.; Chen, Y.; Wu, L.; Cao, Y.; Ai, X.; Yang, H. Chem. Commun. 2012, 48, 7070. doi: 10.1039/c2cc32730a

    18. [18]

      (18) Xiao, L.; Cao, Y.; Xiao, J.; Wang, W.; Kovarik, L.; Nie, Z.; Liu, J. Chem. Commun. 2012, 48, 3321. doi: 10.1039/c2cc17129e(18) Xiao, L.; Cao, Y.; Xiao, J.; Wang, W.; Kovarik, L.; Nie, Z.; Liu, J. Chem. Commun. 2012, 48, 3321. doi: 10.1039/c2cc17129e

    19. [19]

      (19) Park, Y.; Shin, D. S.; Woo, S. H.; Choi, N. S.; Shin, K. H.; Oh, S. M.; Lee, K. T.; Hong, S. Y. Adv. Mater. 2012, 24, 3562. doi: 10.1002/adma.201201205(19) Park, Y.; Shin, D. S.; Woo, S. H.; Choi, N. S.; Shin, K. H.; Oh, S. M.; Lee, K. T.; Hong, S. Y. Adv. Mater. 2012, 24, 3562. doi: 10.1002/adma.201201205

    20. [20]

      (20) Zhu, L.; Niu, Y.; Cao, Y.; Lei, A.; Ai, X.; Yang, H. Electrochim. Acta 2012, 78, 27. doi: 10.1016/j.electacta.2012.05.152(20) Zhu, L.; Niu, Y.; Cao, Y.; Lei, A.; Ai, X.; Yang, H. Electrochim. Acta 2012, 78, 27. doi: 10.1016/j.electacta.2012.05.152

    21. [21]

      (21) Zhao, L.; Zhao, J.; Hu, Y. S.; Li, H.; Zhou, Z.; Armand, M.; Chen, L. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 962. doi: 10.1002/aenm.v2.8(21) Zhao, L.; Zhao, J.; Hu, Y. S.; Li, H.; Zhou, Z.; Armand, M.; Chen, L. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 962. doi: 10.1002/aenm.v2.8

    22. [22]

      (22) Hummers, W. S., Jr.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339. doi: 10.1021/ja01539a017(22) Hummers, W. S., Jr.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339. doi: 10.1021/ja01539a017

    23. [23]

      (23) Dambournet, D.; Belharouak, I.; Amine, K. Chem. Mater. 2009, 22, 1173.(23) Dambournet, D.; Belharouak, I.; Amine, K. Chem. Mater. 2009, 22, 1173.

    24. [24]

      (24) Wagemaker, M.; van de Krol, R.; Kentgens, A. P.; VanWell, A. A.; Mulder, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11454. doi: 10.1021/ja0161148

      (24) Wagemaker, M.; van de Krol, R.; Kentgens, A. P.; VanWell, A. A.; Mulder, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11454. doi: 10.1021/ja0161148

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  346
  • 文章访问数:  760
  • HTML全文浏览量:  52
文章相关
  • 发布日期:  2015-05-08
  • 收稿日期:  2014-11-27
  • 网络出版日期:  2015-03-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章