郑州大学陈卫华AFM：Fe-N-C键电催化驱动可靠的SEI和快速的动力学

磷具有高容量和低氧化还原电位的特点，这使其成为未来钠离子电池的一种有前景的负极材料。然而，其实际应用受限于较差的耐久性和缓慢的动力学。

图1 P/Fe-N-C的结构和形态特征

郑州大学陈卫华等提出了一种创新的原位电化学自驱动策略，将磷纳米晶体（≈10 nm）嵌入富含Fe-N-C的三维碳框架（P/Fe-N-C）中。

作为钠离子电池的负极，它在比容量（0.4 A g^-1时为1300 mAh g^-1）、循环稳定性（20 A g^-1时循环10000次后容量保持率为72%）和倍率性能（100 A g^-1时为267 mAh g^-1）方面具有竞争力。此外，在软包电池中进行了应用测试，其显示出220 Wh kg^-1的高能量密度。

图2 电化学性能研究

通过TEM和XPS研究原位电化学自驱动过程，作者发现FeP在第一次充电过程中不可逆地转化为P和Fe，Fe在随后的氧化还原反应中缺失，从根本上改变了氧化还原反应，从FeP/Na₃P变成了P/Na₃P。

此外，根据实验结果（XPS、TEM和原位DEMS）和理论计算，合理地提出了Fe-N-C在电化学过程中的协同电催化机理（界面催化和P-P解离催化）。具体来说，电极上形成的Fe-N-C催化位点加速了电解液中氟的释放，从而增强了Na⁺传导的SEI。

此外，Fe-N-C催化位点的存在可提高Na_XP的吸附能，有效催化P还原为Na₃P，改善P负极的氧化还原反应动力学。因此，P/Fe-N-C复合材料具有优异的循环稳定性、高放电容量和快速倍率能力，这种协同催化机制为设计高容量充电电池电极提供了新的思路。

图3 理论计算

Electrocatalysis of Fe-N-C Bonds Driving Reliable Interphase and Fast Kinetics for Phosphorus Anode in Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202305803

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/09/25/34b49c6299/

郑州大学陈卫华AFM：Fe-N-C键电催化驱动可靠的SEI和快速的动力学

相关推荐