Herzlichen Glückwunsch an unsere Kunden für die Fortschritte in Richtung neuer Energiematerialien und Geräte: Magnesium-Ionen-Batterien

02 Forschungshintergrund

Mit dem boomenden Wachstum der flexiblen Elektronik wird es immer wichtiger, flexible Energiespeichersysteme zu entwickeln. Flexible Lithium-Ionen-Batterien haben bereits erhebliche Fortschritte bei der praktischen Anwendung von flexibler Elektronik und tragbaren Geräten gemacht, jedoch stellen die hohen Kosten und die Sicherheitsrisiken durch die unkontrollierte Bildung von Lithiumkristallen aufgrund begrenzter Lithiumressourcen eine Herausforderung für ihre weitere Entwicklung und Anwendung dar. Daher ist es dringend notwendig, alternative Batteriesysteme zu entwickeln, die eine hohe natürliche Fülle, niedrige Kosten und hohe Sicherheit bieten. Aufladbare Magnesium-Ionen-Batterien werden eine zuverlässige Alternative zu Lithium-basierten Batteriesystemen sein, da Magnesiumressourcen reich und kostengünstig sind, die theoretisch hohe Kapazität haben, ein geeignetes Reduktionspotential haben, keine verzweigten Kristalle während der elektrochemischen Ablagerung / Auflösung bilden und eine hohe Betriebssicherheit haben. Allerdings wurden wenige Forschungen über flexible Elektrodenmaterialien für Magnesium-Ionen-Batterien durchgeführt. In den letzten Jahren wurde elektrostatisches Spinnen als3D-poröse Folien herzustellen.bequem、VorhandenAls eine der kosteneffizienten und branchenmäßigen Technologien konzentriert sich eine wachsende Zahl von Forschern auf den Einsatz von elektrotextilen Nanofaserbasierten Verbundstoffen als flexible Elektroden.

03 Highlights / Zusammenfassung

Mit der Entwicklung der flexiblen Elektronik ist die Entwicklung eines entsprechenden flexiblen Stromversorgungssystems unerlässlich. Magnesium-Ionen-Batterien (MIB) als vielversprechendes Batteriesystem der nächsten Generation zeigen ein großes Potenzial als Stromversorgung für flexible Elektronik. Die Forschung an flexiblen Magnesium-Ionen-Batterien ist jedoch noch in ihren Anfängen, und die Erforschung neuer zuverlässiger flexibler Elektroden ist von entscheidender Bedeutung. In diesem Artikel wurde durch die elektrostatische Spinnmethode in Kombination mit dem thermischen Reduktionsprozess in situ eine bindefreie und flexible Selbststützelektrode hergestellt, die aus bimetallischen Bi-Sn-Nanopartikeln in Kohlenstoffnanofasern verankert ist ( CNF@Bi-Sn besteht und wird auf Magnesium-Ionen-Batterien angewendet. CNF@Bi-Sn Gleichzeitig werden Vorteile wie mehrstufige Bohrstrukturen aus Kohlenstoff-Nanofaserrahmen, gleichmäßig verteilte Nano-Grad-Bi-Sn-Partikel und erhöhte Phase-/Kristallgrenzen integriert, die zur Verbesserung der strukturellen Stabilität von flexiblen Elektrodenmaterialien und zur Förderung von Mg beitragen.²⁺Dynamik der Diffusion. CNF@Bi-Sn Legierungsnegatoden zeigen ausgezeichnete elektrochemische Eigenschaften mit einer hohen anfänglichen Verhältniskapazität von 738mAhg⁻¹Ausgezeichnete Vergrößerungsleistung und Zirkulationsstabilität bei 40mAg⁻¹Die Stromdichte bleibt 150mAhg nach 100 Zyklen⁻¹reversible Kapazität. Diese Arbeit enthüllt die strukturelle Evolution von flexiblen Elektrodenmaterialien im Zyklus und den Magnesiumspeichermechanismus auf der Grundlage reversibeler zweiphasiger Legierungs- / Demetallierungstransformationsreaktionen durch quantitative dynamische Analysen, nicht-in-situ SEM, TEM und XRD. Darüber hinaus wurde die gesamte Batterie montiert, um ihr Potenzial in praktischen Anwendungen zu demonstrieren. Die Studie bietet neue Ideen zur Erforschung und Entwicklung von leistungsstarken, flexiblen, selbstststützenden Legierungsnegativen.

04Bildauflösung

Abbildung 1: CNF@Bi-Sn Darstellung und flexible Darstellung.

A: Bi-Sn-Nanopartikel sind gleichmäßig in Kohlenstoff-Nanofasern als flexible Selbststützungs-Negative für Magnesium-Ionen-Batterien verankert

Die Methode des elektrostatischen Spinnens und der in situ thermischen Reduktion bereitete eine flexible Folie vor, die bimetallische Bi-Sn-Nanopartikel belastet ( CNF@Bi-Sn Es zeigt eine gute Flexibilität und kann einer Vielzahl von Veränderungen standhalten (Biegen, Verzerren, Falten usw.). Bei der Montage der Batterie werden keine Kollektoren, Leiter und Bindemittel verwendet. Durch SEM und TEM können Bi-Sn-Nanopartikel gleichmäßig in Kohlenstoffnanofasern verteilt werden.

Abbildung 2: gezeigt CNF@Bi-Sn SEM-Bilder (a, b); CNF@Bi-Sn TEM-Bilder (c, d); HAADF-STEM-Bild und entsprechende C-, Bi- und Sn-Elemente (e-h); CNF@Bi-Sn HR-TEM-Bilder (i, j) und CNF@Bi-Sn Elektronendiffraktion (SAED) Bilder (k, l).

Zwei: CNF@Bi-Sn Hohe reversible Kapazität, ausgezeichnete Vergrößerungsleistung und gute Kreislaufstabilität

CNF@Bi-Sn Mit 738 mAhg^-1Die hohe Anfangsverhältniskapazität kann nach unterschiedlichen Vergrößerungszyklen auf 214 mAhg wiederhergestellt werden.^-1Beweist. CNF@Bi-Sn Die Elektrode hat eine gute Vergrößerungsleistung. bei 40 mg^-1Die Stromdichte kann nach 100 Zyklen noch 150 mAhg halten^-1Höhere reversible Kapazität.

Bild3：Die elektrochemischen Magnesiumspeichereigenschaften der Probe wurden gezeigt. （a） CNF@Bi-Sn bei 0,1 mVs⁻¹Zyklische Voltankurve bei Scanraten (CV-Kurve); （b） CNF@Bi und CNF@Sn und CNF@Bi-Sn Vergrößerungsleistung; （c） CNF@Bi-Sn Lade- und Entladungskurven bei unterschiedlichen Stromdichten; CNF@Bi-Sn bei 40 mg^-1Kreislauf unter Stromdichte100-mal-Zyklus-Leistung (d) und bei 100 mAg^-1Kreislauf unter Stromdichte200 Zyklusleistung (e); （f） CNF@Bi und CNF@Sn und CNF@Bi-Sn das Nyquist-Diagramm (Abbildung für das entsprechende Äquivalent-Schaltungsmodell); （g） CNF@Bi-Sn CV-Kurve der Elektroden bei unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten; h) Anteil der Kapazität der Kapazitätsregelung und der Diffusionskontrollkapazität bei unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten.

III: Die strukturelle Evolution und die Speichermechanismen von Magnesium während der Magnetisierung / Demagnesierung durch in situ Charakterisierung aufgedeckt

Durch in situ Charakterisierungsmethoden wie SEM, TEM und XRD CNF@Bi-Sn Die morphologische und strukturelle Evolution während der Magnetisierung / Demagnesierung wurde untersucht. TEM hat es bewiesen. CNF@Bi-Sn Nach der vollständigen Entladung (Embedded Magnesium) und dem Aufladen (Demagnesium) der Elektroden bleiben die Bi-Sn-Nanopartikel gut verpackt und gleichmäßig in Kohlennanofasern verteilt, was ihre Volumenänderungen während der Legierung effektiv lindert und den Verlust von aktiven Materialien verhindert. Die EDS-Ergebnisse zeigten, dass die Elemente Bi, Sn und Mg im Entladungszustand gleichmäßig in der Kohlenstoffmatrix verteilt sind, was nicht in situ XRD bestätigt hat. CNF@Bi-Sn Der Magnesiumspeichermechanismus der Elektrode basiert auf einer reversiblen zweiphasigen Legierung / Delegierung-Transformationsreaktion.

Bild4：Zeigt.CNF@Bi-Sn SEM-Bild (a), TEM-Bild (b, c), HAADF-STEM-Bild mit entsprechenden Bi-, Sn- und Mg-Elementen-Verteilungsdiagrammen (d), HR-TEM-Bild (e), XRD-Diagramm (f) nach 20 Zyklen bei voller Entladung und CNF@Bi-Sn Abbildung der Strukturentwicklung der Elektrode im Zustand der Ladung und Entladung (g).

05 In diesem Artikel verwendete Geräte

Lehrergruppe Liu Bo im Experiment verwendetMikro-HilfsrohrofenVon Ke Potent Instrument zur Verfügung gestellt, in der Abhandlung wird auch speziell auf Anhui Ke Potent Instrument Co., Ltd. erwähnt, hier bedanken wir uns sehr für die Auswahl und Anerkennung der Lehrer für Ke Potent Instrumente.