Parabéns aos nossos clientes pelo progresso realizado em materiais e dispositivos de nova energia: baterias de íons de magnésio

02 Antecedentes de pesquisa

À medida que a eletrônica flexível prospera, é cada vez mais fundamental explorar e desenvolver sistemas flexíveis de armazenamento de energia de alto desempenho. Entre eles, as baterias flexíveis de íons de lítio fizeram avanços significativos nas aplicações práticas de eletrônica flexível e dispositivos vestíveis, no entanto, os riscos de segurança resultantes do alto custo e da formação incontrolável de bifurcações de lítio resultantes dos recursos limitados de lítio representam um desafio para seu desenvolvimento e aplicações futuras. Portanto, é urgente desenvolver sistemas de bateria alternativos com alta abundância natural, baixo custo e alta segurança. A bateria de íons de magnésio recarregável promete ser uma alternativa confiável ao sistema de bateria à base de lítio, porque o magnésio é rico em recursos e de baixo custo, com maior capacidade teórica, com um potencial de redução adequado, sem a formação de cristais ramificados durante o processo de deposição / dissolução eletroquímica e com alta segurança operacional. No entanto, poucos estudos foram feitos sobre materiais de eletrodos flexíveis para baterias de íons de magnésio. Nos últimos anos, a filação eletrostática foi consideradaÉ para fabricar membranas porosas em 3D.conveniente、DisponívelUma das tecnologias mais econômicas e viáveis ​​da indústria, um número crescente de pesquisadores está se concentrando no uso de compostos baseados em nanofibras eletrônicas como eletrodos flexíveis.

03 Resumo / Resumo

Com o desenvolvimento da tecnologia eletrônica flexível, é imperativo desenvolver sistemas de alimentação de energia flexíveis. A bateria de íons de magnésio (MIB), como um promissor sistema de bateria de próxima geração, mostra um enorme potencial como fonte de energia para dispositivos eletrônicos flexíveis. No entanto, a pesquisa sobre as pilhas flexíveis de íons de magnésio ainda está em estágios iniciais e é fundamental explorar novos tipos de eletrodos flexíveis confiáveis. Este artigo, combinado com o processo de redução térmica in situ, preparou um eletrodo de auto-suporte flexível e sem ligantes, que é ancorado em nanofibras de carbono por nanopartículas Bi-Sn bimetálicas ( CNF@Bi-Sn composto e aplicado em baterias de íons de magnésio. CNF@Bi-Sn Ao mesmo tempo, a integração de vantagens como estruturas de nanofibra de carbono com poros múltiplos, partículas de Bi-Sn de nanoescala uniformemente dispersas e fronteiras de fase / cristal aumentadas ajuda a melhorar a estabilidade estrutural dos materiais de eletrodos flexíveis e promove o Mg.²⁺dinâmica da difusão. CNF@Bi-Sn Negativos de liga apresentam excelentes propriedades eletroquímicas com alta capacidade inicial de 738mAhg⁻¹Excelente desempenho de amplificação e estabilidade de ciclo em 40mAg⁻¹A densidade de corrente permanece em 150mAhg após 100 ciclos⁻¹capacidade reversível. Este trabalho revelou a evolução estrutural dos materiais de eletrodos flexíveis durante o ciclo e os mecanismos de armazenamento de magnésio baseados em reações reversíveis de transformação de liga bifásica / desmetalização por meio de análises dinâmicas quantitativas, SEM, TEM e XRD, entre outros. Além disso, a bateria completa foi montada, mostrando seu potencial em aplicações práticas. O estudo oferece novas ideias para explorar e desenvolver negativos de liga flexíveis de auto-suporte de alto desempenho.

04Analisação de gráficos

Figura 1: CNF@Bi-Sn Preparação de esquemas e sua exibição flexível.

I: Nanopartículas Bi-Sn ancoradas uniformemente em nanofibras de carbono como polos negativos flexíveis de auto-suporte para baterias de íons de magnésio

O método de filação eletrostática e redução térmica in situ preparou uma película flexível que carrega nanopartículas bimetálicas Bi-Sn ( CNF@Bi-Sn Mostra uma boa flexibilidade e pode suportar várias deformações (dobramento, distorção, dobramento, etc.). Não são usados colectores, condutores ou ligantes durante a montagem da bateria. Através de SEM e TEM, as nanopartículas Bi-Sn podem ser vistas distribuídas uniformemente nas nanofibras de carbono.

Figura 2: Mostrando CNF@Bi-Sn imagem SEM (a, b); CNF@Bi-Sn imagens TEM (c, d); Imagens HAADF-STEM e os mapas correspondentes dos elementos C, Bi e Sn (e-h); CNF@Bi-Sn imagem HR-TEM (i, j) e CNF@Bi-Sn Imagens de difração eletrônica (SAED) do distrito selecionado (k, l).

Dois: CNF@Bi-Sn Apresenta alta capacidade reversível, excelente desempenho de ampliação e boa estabilidade de ciclo

CNF@Bi-Sn com 738 mAhg^-1Capacidade de alta relação inicial, após diferentes ciclos de ampliação, sua capacidade de relação de descarga pode ser restaurada para 214 mAhg^-1Provou. CNF@Bi-Sn Os eletrodos têm boas propriedades de ampliação. Em 40 mg^-1A densidade de corrente ainda pode ser mantida em 150 mAhg após 100 ciclos^-1maior capacidade reversível.

Gráfico3：As propriedades de armazenamento eletroquímico de magnésio da amostra são demonstradas. （a） CNF@Bi-Sn Em 0.1mVs⁻¹Curva de volts circulares na velocidade de varredura (Curva de CV); （b） CNF@Bi e CNF@Sn e CNF@Bi-Sn desempenho de ampliação; （c） CNF@Bi-Sn Curvas de carga e descarga em diferentes densidades de corrente; CNF@Bi-Sn em 40 mg^-1Ciclo sob densidade de correnteDesempenho de ciclo de 100 vezes (d) e em 100 mAg^-1Ciclo sob densidade de corrente200 ciclos de desempenho (e); （f） CNF@Bi e CNF@Sn e CNF@Bi-Sn diagrama de Nyquist (ilustrado como seu modelo de circuito equivalente correspondente); （g） CNF@Bi-Sn Curva CV do eletrodo em diferentes taxas de varredura; h) Proporção da contribuição da capacidade de controle capacitivo e da capacidade de controle de difusão a diferentes taxas de varredura.

III: Evolução estrutural e mecanismos de armazenamento de magnésio durante o processo de magnesização / desmagnesização revelados pela caracterização não in situ

Pareamento por meio de métodos de caracterização não in situ, como SEM, TEM e XRD CNF@Bi-Sn A evolução morfológica e estrutural durante o processo de magnesização / desmagnesização foi estudada. O TEM provou. CNF@Bi-Sn Após a descarga completa do eletrodo (incrustação de magnésio) e carregamento (desmagnésio), as nanopartículas Bi-Sn permanecem bem enroladas e uniformemente dispersas nas nanofibras de carbono, o que alivia eficazmente suas mudanças de volume durante a ligação e evita a perda de materiais ativos. Os resultados do EDS mostraram que os elementos Bi, Sn e Mg estão distribuídos uniformemente na matriz de carbono no estado de descarga, como confirmado pelo XRD não in situ. CNF@Bi-Sn O mecanismo de armazenamento de magnésio do eletrodo é baseado em uma reação reversível de transformação de liga / desliga bifásica.

Gráfico4：Mostrou.CNF@Bi-Sn Imagens SEM (a), TEM (b, c), HAADF-STEM e os mapas de distribuição dos elementos Bi, Sn e Mg correspondentes (d), HR-TEM (e), XRD (f), e CNF@Bi-Sn Esquema da evolução da estrutura do eletrodo em um estado de carga e descarga (g).

05 Equipamento utilizado neste artigo

Grupo de professores Liu Bo em experimentosMicro forno de tubo auxiliarFornecido por Ke Potent Instruments, a tese também menciona especialmente Anhui Ke Potent Instruments Co., Ltd., aqui muito agradecido ao professor pela escolha e reconhecimento de Ke Potent Instruments.