Felicitaciones a nuestros clientes por sus avances en nuevos materiales y dispositivos energéticos: baterías de iones de magnesio

02 antecedentes de la investigación de la tesis

Con el vigoroso desarrollo de equipos electrónicos flexibles, es cada vez más crítico explorar y desarrollar sistemas flexibles de almacenamiento de energía de alto rendimiento. Entre ellos, las baterías flexibles de iones de litio han logrado avances significativos en la aplicación práctica de dispositivos electrónicos y portátiles flexibles, sin embargo, los altos costos causados es es por recursos limitados de litio y los riesgos de seguridad causados es es por la formación incontrolable de dendritas de litio representan un desafío para su desarrollo y aplicación adicionales. Por lo tanto, es urgente desarrollar sistemas de baterías alternativas con alta abundancia natural, bajo costo y alta seguridad. Se espera que las baterías recargables de iones de magnesio se conviertan en una alternativa confiable a los sistemas de baterías a base de litio, ya que el magnesio es rico en recursos y bajo costo, tiene una alta capacidad específica teórica, tiene un potencial de reducción adecuado, no forma cristales dendríticas durante el proceso de deposición / disolución electroquímica y tiene una alta Seguridad operativa. Sin embargo, hay muy pocas investigaciones sobre materiales de electrodos flexibles para baterías de iones de magnesio. En los últimos años, el hilado electrostático se consideraEs la fabricación de películas porosas 3D.conveniente、TenerUna de las tecnologías rentables y factibles para la industria, cada vez más investigadores se centran en el uso de materiales compuestos a base de nanofibras electrotextiles como electrodos flexibles.

03 aspectos destacados / Resumen de la tesis

Con el desarrollo de la tecnología electrónica flexible, es imperativo desarrollar un sistema de suministro de energía flexible que coincida con él. Como un prometedor sistema de baterías de próxima generación, la batería de iones de magnesio (mib) muestra un gran potencial como fuente de alimentación para dispositivos electrónicos flexibles. Sin embargo, la investigación de baterías flexibles de iones de magnesio todavía está en su infancia, y es muy importante explorar nuevos electrodos flexibles confiables. En este trabajo, se ha preparado un electrodo de autosuperación sin adhesivo y flexible mediante el método de hilado electrostático combinado con el proceso de reducción térmica in situ, que está anclado en nanofibras de carbono por nanopartículas bimetálicas bi - sn. CNF@Bi-Sn ) y se aplica a baterías de iones de magnesio. CNF@Bi-Sn Al mismo tiempo, se integran las ventajas del marco de nanofibra de carbono con estructura poroso multinivel, las partículas bi - SN a nivel nanométrico uniformemente dispersas y el aumento de los límites de fase / grano, que ayudan a mejorar la estabilidad estructural de los materiales de electrodos flexibles y promover mg.^{2 +}Dinámica de difusión. CNF@Bi-Sn El electrodo negativo de la aleación muestra excelentes propiedades electroquímicas, con una alta capacidad específica inicial de 738mahg^{- 1}Excelente rendimiento de multiplicación y estabilidad del ciclo, a 40 mmag^{- 1}Se mantiene 150 mahg después de 100 ciclos a la densidad de corriente^{- 1}Capacidad reversible. Este trabajo revela la evolución estructural de los materiales de electrodos flexibles durante el ciclo y el mecanismo de almacenamiento de magnesio basado en la reacción de conversión de aleación / desgranación de dos fases reversible a través de análisis cuantitativos dinámicos, SEM no in situ, tem y xrd. Además, se ha ensamblado toda la batería, demostrando su potencial en aplicaciones prácticas. La investigación proporciona nuevas ideas para explorar y desarrollar electrodos negativos de aleación de autosuperación flexible con alto rendimiento.

04Análisis gráfico

Figura 1: CNF@Bi-Sn Diagrama esquemático de preparación y su exhibición flexible.

I: las nanopartículas bi - SN están ancladas uniformemente en nanofibras de carbono como electrodos negativos de autosuperación flexibles para baterías de iones de magnesio.

Se preparó una película flexible cargada con nanopartículas bimetálicas bi - SN mediante hilado electrostático y reducción térmica in situ. CNF@Bi-Sn ) muestra una buena flexibilidad y puede soportar diversas deformaciones (flexión, torsión, plegado, etc.). No se utilizaron colectores de fluidos, conductores eléctricos y adhesivos durante el montaje de la batería. A través de Sem y tem, se puede ver que las nanopartículas bi - SN se distribuyen uniformemente en las nanofibras de carbono.

Figura 2: muestra CNF@Bi-Sn Imágenes de Sem (a, b); CNF@Bi-Sn Imagen tem (c, d); Imagen haadf - stem y mapa de distribución de elementos c, BI y SN correspondientes (e - h); CNF@Bi-Sn Imágenes HR - tem (i, j) y CNF@Bi-Sn Imagen de difracción electrónica de circunscripción (saed) (k, l).

2: CNF@Bi-Sn Muestra una alta capacidad reversible, un excelente rendimiento de multiplicación y una buena estabilidad cíclica.

CNF@Bi-Sn Con 738mahg^-1Con una alta capacidad específica inicial, después de un ciclo de diferentes multiplicaciones, su capacidad específica de descarga puede volver a 214 mahg.^-1, lo demuestra CNF@Bi-Sn Los electrodos tienen buenas propiedades de multiplicación. Y en 40mag^-1Se puede mantener 150 mahg después de 100 ciclos a la densidad de corriente.^-1Mayor capacidad reversible.

Imagen3:Se muestran las propiedades de almacenamiento de magnesio electroquímico de la muestra. （a） CNF@Bi-Sn A 0,1 MVS^{- 1}Curva de voltaje cíclico a tasa de escaneo..Curva cvs); （b） CNF@Bi , CNF@Sn y CNF@Bi-Sn Rendimiento de multiplicación; （c） CNF@Bi-Sn Curva de carga y descarga a diferentes densidades de corriente; CNF@Bi-Sn En 40mag^-1Circulación a densidad de corrienteRendimiento del ciclo de 100 veces (d) y a 100 mmag^-1Circulación a densidad de corrienteRendimiento del ciclo de 200 veces (e); （f） CNF@Bi , CNF@Sn y CNF@Bi-Sn Diagrama de Nyquist (la ilustración es el modelo de circuito equivalente al que corresponde); （g） CNF@Bi-Sn Curva CVS del electrodo a diferentes tasas de escaneo; H) proporción de la contribución de la capacidad de control del capacitor y la capacidad de control de difusión a diferentes tasas de escaneo.

Iii: la evolución estructural y el mecanismo de almacenamiento de magnesio durante el proceso de magnesio / desgranación se revelan a través de la caracterización no in situ

Se estudió mediante métodos de caracterización como sem, tem y xrd no in situ. CNF@Bi-Sn Se ha estudiado la morfología y la evolución estructural durante el proceso de magnesio / desgranación. El tem lo demuestra CNF@Bi-Sn Después de que los electrodos se descargaron completamente (incrustados en magnesio) y se cargaron (desgasificados), las nanopartículas bi - SN permanecieron bien envueltas y dispersas uniformemente en nanofibras de carbono, lo que alivió efectivamente sus cambios de volumen durante el proceso de aleación y evitó la pérdida de materiales activos. Los resultados de EDS muestran que los elementos bi, SN y mg se distribuyen uniformemente en la matriz de carbono en el Estado de descarga, y la xrd no in situ también confirma. CNF@Bi-Sn El mecanismo de almacenamiento de magnesio del electrodo se basa en la reacción de transformación de aleación / desaleación de dos fases reversible.

Imagen4:MuestraCNF@Bi-Sn Imágenes de Sem (a), imágenes de tem (b, c), imágenes de haadf - stem y mapas de distribución de elementos bi, SN y mg correspondientes (d), imágenes de HR - tem (e), mapas de xrd (f) después de 20 ciclos en estado de descarga completa, y CNF@Bi-Sn Diagrama esquemático de la evolución estructural de los electrodos en estado de carga y descarga (g).

05 equipos utilizados en este artículo

Utilizado por el Grupo de investigación del Profesor Liu Bo en el experimentoHorno de tubo de ayuda en miniaturaProporcionado por KEMI instrument, Anhui KEMI Instrument co., Ltd. también se menciona específicamente en la tesis. muchas gracias a los profesores por su elección y reconocimiento de Kemi instrument.