掺杂Na3V2(PO4)3/C复合多孔纳米纤维的制备及其电化学嵌入/脱嵌钠离子行为的研究

基本信息
批准号:51364007
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:50.00
负责人:陈权启
学科分类:
依托单位:桂林理工大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:叶乃清,苏和平,吴保明,张鹰鹛,王友,马真,徐悦斌
关键词:
静电纺丝多孔纳米纤维钠离子电池磷酸钒钠嵌入/脱嵌
结项摘要

Sodium-ion batteries have been considered as promising candidates for large-scale applications because of their advantages such as abundance of sodium resources, low cost and high safety, etc. The development of cathodes with excellent performance is the key to develop sodium-ion batteries. The NASICON type of Na3V2(PO4)3 displays merits such as high operating voltage , excellent cyclability and thermal stability, which has been recognized as a potential cathode material for sodium-ion batteries. However, the poor electronic conductivity severely degrades the high-rate charge/discharge performance of Na3V2(PO4)3. In order to solve this scientific problem, the doped Na3V2(PO4)3/C composite porous nanofibers consisting of carbon nanofibers and doped Na3V2(PO4)3 nanofibers will be prepared by electrospinning method in this proposal. In this composite, Na3V2(PO4)3 will be doped by cations in V and/or Na sites, and the suitable dopant in V site will improve the intrinsic electronic conductivity, while the suitable dopant in Na site will enhance the ionic conductivity. On the other hand, the carbon nanofibers exhibit high electronic conductivity, which are potentially used to significantly improve electronic conductivity of composite cathode material. Additionally, the nanofibers facilitate rapid transportation of electrons and sodium cations, which is favorable to improve the kinetics performance of Na+ insertion/extraction within electroactive particles. As the result, the doped Na3V2(PO4)3/C composite porous nanofibers will be of high electronic and ionic conductivities and hence exhibit excellent electrochemical performance. In summary, this proposal focus on the study of the effects of preparation conditions on the morphology, structure, performance and electrochemical reaction mechanism of the doped Na3V2(PO4)3/C composite porous nanofibers and further elucidates the relationship between performance and structure of composite nanofibers. Moreover, this proposal will provide a new strategy for the development of cathode materials for sodium-ion batteries and the efficient utilization of vanadium resources in Guangxi.

钠离子电池因其钠来源丰富、成本低、安全性高等优点而具有大规模应用的前景。高性能正极材料是钠离子电池发展的关键。钠快离子导体Na3V2(PO4)3因具有放电平台高、循环和热稳定性能优异等优点,成为最具潜力的钠离子电池正极材料,但极低的电子电导率严重影响其高倍率充放电性能。针对该科学问题,本项目拟通过静电纺丝法合成掺杂Na3V2(PO4)3/C复合多孔纳米纤维,将碳纳米纤维的高电子电导率、纳米纤维能快速传输电子和离子、钒位掺杂改善材料的本征电子电导率、钠位掺杂提高材料的离子电导率等优点融合为一,使掺杂Na3V2(PO4)3/C复合多孔纳米纤维兼备高的电子和离子电导率,从而具有优异的电化学性能。研究制备条件对复合多孔纳米纤维的形貌、结构、性能及电化学机理的影响规律,阐明结构与性能之间的关系。为钠离子电池正极材料的发展及广西钒资源的高效利用提供新的思路和方法。

项目摘要

钠快离子导体Na3V2(PO4)3 因具有放电平台高、循环和热稳定性能优异等优点,成为最具潜力的钠离子电池正极材料,但极低的电子电导率严重影响其高倍率充放电性能。针对该科学问题,本项目采用制备兼具高电子电导率和离子电导率的纳米纤维复合材料的策略,利用纳米纤维显著缩短钠离子的扩散路径、较大的比表面积显著降低电极材料的真实电流密度的优点,从而显著降低其电化学极化,显著提升材料的电化学性能。碳纳米纤维的存在,可以明显提高材料的电子电导率;通过钒位的掺杂,改变材料的导带隙,提高材料的本征电子电导率并稳定材料的结构;通过钠位的掺杂,改变活性材料的晶胞体积,为钠离子的扩散提供更大的通道,提升材料的离子扩散速率;钠位、钒位的共掺杂,提升材料的本征电子电导率和离子电导率,从而使复合材料具有优异的电化学性能。.本项目首先通过静电纺丝法制备了Na3V2(PO4)3/C 复合多孔纳米纤维,在此基础上,改变静电纺丝液的成分,分别制备钒位掺杂Na3V2(PO4)3/C复合纳米纤维、钠位掺杂Na3V2(PO4)3/C复合纳米纤维及钠位、钒位共掺杂Na3V2(PO4)3/C复合纳米纤维。研究结果表明,静电纺丝条件及高温焙烧条件决定复合纤维的直径大小,在本项目最优条件下获得直径小于150 nm的复合纳米纤维;掺杂离子影响复合材料的容量及循环性能,最佳的钒位掺杂复合材料为Na3V1.93Mg0.07(PO4)3/C复合多孔纳米纤维、Na3V1.95Mn0.05(PO4)3/C复合多孔纳米纤维、Na2.9K0.1V2(PO4)3/C复合多孔纳米纤维、Na2.9K0.1V1.93Mg0.07(PO4)3/C复合多孔纳米纤维,这些掺杂材料的高倍率性能及循环性能都明显优于Na3V2(PO4)3/C复合纳米纤维。本项目所获得的研究结果将为磷酸钒钠纳米纤维产业化提供理论指导,并为制备其它高性能电极材料提供新的思路。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

DOI:10.11862/CJIC.2019.081
发表时间:2019
2

LTNE条件下界面对流传热系数对部分填充多孔介质通道传热特性的影响

LTNE条件下界面对流传热系数对部分填充多孔介质通道传热特性的影响

DOI:10.11949/0438-1157.20201662
发表时间:2021
3

制冷与空调用纳米流体研究进展

制冷与空调用纳米流体研究进展

DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.009
发表时间:2021
4

WMTL-代数中的蕴涵滤子及其应用

WMTL-代数中的蕴涵滤子及其应用

DOI:10.11897/SP.J.1016.2018.00886
发表时间:2018
5

SUMO特异性蛋白酶3通过调控巨噬细胞极化促进磷酸钙诱导的小鼠腹主动脉瘤形成

SUMO特异性蛋白酶3通过调控巨噬细胞极化促进磷酸钙诱导的小鼠腹主动脉瘤形成

DOI:10.3969/j.issn.1000-4718.2020.05.001
发表时间:2020

陈权启的其他基金

相似国自然基金

1

扫描电化学显微镜实时探测钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C与电解质界面行为

批准号:21405053
批准年份:2014
负责人:王玮
学科分类:B0402
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

Na3V2(PO4)2F3/C钠离子电池无机/有机杂化SEI膜原位构筑及性能调控

批准号:51804344
批准年份:2018
负责人:颜果春
学科分类:E0410
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
3

钠电正极材料Na3V2(PO4)2F3的储钠性能优化及原子尺度钠脱嵌机理研究

批准号:51702376
批准年份:2017
负责人:朱昌宝
学科分类:E0208
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
4

Na3V2(PO4)2F3@C团簇材料自组装合成及结构调控研究

批准号:91961126
批准年份:2019
负责人:任玉荣
学科分类:B0502
资助金额:80.00
项目类别:重大研究计划