中國(guó)粉體網(wǎng)訊 由于鈉在地殼中有豐富的儲(chǔ)量，約占2.74 %，且分布廣泛，價(jià)格低廉，被認(rèn)為是有可能替代鋰離子電池用于大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的首選新型電源技術(shù)，近年來(lái)引起廣泛關(guān)注。目前關(guān)鍵的技術(shù)難題是找到與之匹配的電極材料。
在眾多的負(fù)極材料中，紅磷擁有七倍于商用石墨電極的理論比容量（2596 mAh g−1），而且廉價(jià)易得，環(huán)境友好，被認(rèn)為是很有研究?jī)r(jià)值的電池負(fù)極材料。但是，紅磷存在低導(dǎo)電性和在充放電過(guò)程中體積膨脹等問(wèn)題，制約了其在鈉離子電池中的應(yīng)用。
針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，目前主要的應(yīng)對(duì)手段是從控制紅磷顆粒度大小和提高導(dǎo)電性兩方面來(lái)著手的，而且也獲得了很大的提高，但仍然存在一些問(wèn)題有待解決。如簡(jiǎn)單的將紅磷和碳材料機(jī)械混合的方法存在紅磷顆粒度大，碳材料覆蓋有限等問(wèn)題；傳統(tǒng)的氣化-冷凝技術(shù)由于在磷氣化過(guò)程中不可控因素導(dǎo)致紅磷的負(fù)載量不高。
針對(duì)上述問(wèn)題，澳大利亞伍倫貢大學(xué)（University of Wollongong, UOW）郭再萍（Zaiping Guo）教授和陳俊(Jun Chen)副教授課題組提出了一種新型的氣化重組技術(shù)，制備出碳/紅磷/石墨烯氣凝膠三維多孔復(fù)合材料。
眾所周知，石墨烯氣凝膠具有孔隙率高、比表面積大、力學(xué)性能優(yōu)異和導(dǎo)電性高等特點(diǎn)，并且一直被人們廣泛關(guān)注。在該方法中，首先利用石墨烯氣凝膠將紅磷包裹在其中，然后采用氣相沉積法將聚吡咯包在整個(gè)氣凝膠上，最后在惰性氣氛中快速的進(jìn)行材料內(nèi)部紅磷的氣化重組，并且快速冷卻。在這個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，紅磷（10-20nm）顆粒被包裹在石墨烯層和碳層中間，不僅提高了材料的導(dǎo)電性，而且很好的緩沖了電極材料在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹，三維多孔結(jié)構(gòu)也為電解液的充分浸潤(rùn)提供了條件。除此之外，由于對(duì)氣化重組時(shí)間的控制和之后的快速冷卻處理，可以有效的減少/防止白磷的生成，提高了安全性并且簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程。
此復(fù)合電極材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲(chǔ)鈉性能。在0.1C的電流密度下，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后，這種復(fù)合材料能夠保持1867 mA h g-1的容量。在1C的高電流密度下，經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后，仍然能夠保持1095.5 mA h g-1的容量。本研究提供了一種氣化重組的新思路，即在紅磷、石墨烯氣凝膠和聚吡咯形成的三維多孔前驅(qū)體中，進(jìn)行可控的材料內(nèi)部的氣化重組，不僅大大的縮小了磷顆粒的尺寸，使得磷顆粒在三維結(jié)構(gòu)內(nèi)部均勻分布，而且在一定程度上提高了磷的負(fù)載量。
磷基復(fù)合材料在經(jīng)過(guò)這種新型的氣化重組技術(shù)優(yōu)化后，顯示出了很高的比容量和高倍性能，在循環(huán)穩(wěn)定性方面也得到的大大的提升。這種新型的氣化重組技術(shù)的新思路還可以擴(kuò)展到其他具有大的體積膨脹和可氣化/相對(duì)低熔點(diǎn)的電極材料中。
