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復雜的中空碳結(jié)構(gòu)對于錨定多硫化物和提高室溫鈉硫電池中硫的利用率具有重要作用。然而，由于結(jié)構(gòu)復雜，它們的合成極具挑戰(zhàn)性。

在此，中國科學技術(shù)大學余彥教授、馬騁教授及廈門大學張橋保副教授等人提出了一種簡單的蝕刻碳化策略，將單分散ZIF-8納米立方體轉(zhuǎn)化為N/O共摻雜多室碳納米盒（MCCB），由外部的多孔碳殼和內(nèi)部連接的具有中空結(jié)構(gòu)的碳網(wǎng)格組成。該結(jié)構(gòu)具有以下幾個優(yōu)點：

（1）硫物質(zhì)的強固定性：MCCBs 提供多個分離的限制空隙和容納硫的負載位點。此外，N/O摻雜的碳可以通過化學吸附進一步牢固地錨定多硫化物。

(2) 增強電子和離子電導率：多孔碳殼和內(nèi)部連接的碳網(wǎng)格可以促進電子和離子的轉(zhuǎn)移，從而增強電極動力學的活性。

(3) 優(yōu)越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：多室孔隙可以有效緩沖體積變化，更重要的是，內(nèi)部連接的碳網(wǎng)格可以作為骨架強烈支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而保證電極的長循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. S@MCCBs制備過程、模擬模型及表征

因此，基于S@MCCBs組裝的室溫Na-S電池表現(xiàn)出高倍率容量（596/328 mAh g^-1@5/10 A g^-1）和良好的循環(huán)性能（在5 A g^-1下800次循環(huán)中每個循環(huán)的容量衰減為 0.045%）。S@MCCBs的先進儲鈉性能可以通過微/介孔和內(nèi)部空隙空間的捕獲性、電子和離子的電導率以及 N/O 摻雜工程的協(xié)同作用來解釋，其有效地增強了S的電化學反應(yīng)動力學和電極的穩(wěn)定性。

此外，異位X射線光電子能譜（XPS）和原位透射電子顯微鏡（TEM）觀察證實了（脫）鈉化過程中S@ MCCBs的良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這項工作展示了為高性能儲能系統(tǒng)合理設(shè)計和準確構(gòu)建復雜中空材料的有效策略。

圖2. 基于S@MCCBs的Na-S電池性能

An Efficient Strategy toward Multichambered Carbon Nanoboxes with Multiple Spatial Confinement for Advanced Sodium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c09402

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余彥/張橋保/馬騁ACS Nano: 用于先進鈉硫電池的多室碳納米盒

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