칼륨 이온 배터리(KIB)는 독특한 장점 때문에 연구자들이 선호합니다. 본 연구에서는 KIB 양극재 나노페로브스카이트 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 농도 구배와 함께 EDTA 지원 균질 침전 방법에 의해 처음으로 합성되고 특성화되었습니다. 고용체 물질은 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)에 증착되어 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNT 나노복합체는 전극 재료의 전자 전도도를 향상시켜 우수한 전기화학적 성능을 얻습니다. 예상대로 충방전 용량 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 60번째 주기 이후의 /MWCNT는 여전히 106.8 및 98.5mAh g −1 에 도달할 수 있습니다. 전압 범위 4.2–1.2 V 대 K/K + 35 mA g −1 의 전류 밀도에서 , 각각. 전기화학적 성능 연구는 고용체 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 KIB의 양극재로 잠재적인 응용 가능성이 있습니다. 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)은 고체-액체 계면에서 이온의 수송 및 반응 과정을 연구하는 데 사용되었습니다. 전기화학적 성능에 영향을 미치는 주요 요인은 EIS 테스트의 Nyquist 플롯에서 분석할 수 있습니다.
휴대용 기기 및 장치에 대한 수요가 증가함에 따라 다양한 연구 그룹이 리튬 이온 배터리(LIB)에 대한 포괄적이고 심층적인 연구에 참여했습니다[1, 2]. 리튬 자원의 상대적 희소성과 불균등한 분포로 인해 LIB의 적용이 제한적입니다[3, 4]. 칼륨은 나트륨 다음으로 동일한 주족 및 인접 원소로서 더 낮은 환원 전위를 제공할 수 있으므로 더 높은 전위에서 작동하여 에너지 밀도를 증가시킬 수 있습니다. 나트륨 이온 배터리(NIB)에 비해 칼륨 이온 배터리(KIB)는 연구 수준이 낮고 아직 개발 초기 단계에 있습니다. 특히 양극재[5, 6].
우수한 성능의 KIB 개발의 핵심은 K-ion의 이상적인 삽입/추출을 구현하기 위해 양극재의 합리적인 미세구조를 설계하는 데 있다. KIB의 현재 응용 분야에서 바나듐 기반 및 개방형 프레임워크 음극은 각각 충전 및 방전 주기 동안에 상응하는 부피 변화를 수용하고 고전압 플랫폼으로 인해 광범위한 관심을 받았습니다[7,8,9,10,11]. .
망간계 재료는 광범위한 비용과 자원의 관점에서 리튬 이온 배터리[12], 나트륨 이온 배터리[13, 14], 흐름 배터리 [15]. 그 중 망간 기반의 층상 산화물은 높은 이론 용량으로 인해 연구자들이 선호한다[13]. 그러나 KIB의 음극으로서 망간계 층상 산화물은 제한된 용량과 상대적으로 낮은 전압 플랫폼을 나타내어 응용에 제한이 있습니다[16]. 망간의 대표적인 음극- 기반 자료 K0.3 MnO2 [17] 및 K0.5 MnO2 [18] 4 V 이상의 충전 전압을 달성하지 못합니다. KIB용 망간 기반 전극 재료의 연구를 풍부하게 하기 위해 다른 유형의 망간 기반 전극 재료도 주목을 받고 있습니다.
망간의 자원 이점과 불소 음극 재료 연구에서 우리 팀의 작업을 기반으로 우리는 페로브스카이트 망간 기반 불화물을 기본 음극 재료로 선택합니다[19,20,21]. 불소 함유 전극 재료는 높은 내압성을 가지며 전극 재료의 저전압 플랫폼의 결함을 완화할 수 있습니다[22]. 불소 함유의 적용을 제한하는 주된 이유는 불소의 강한 이온 결합 특성으로 인해 밴드 갭이 넓고 전자 전도성이 좋지 않기 때문입니다[23]. 전극 재료의 전하 이동 과정을 용이하게 하는 효율적인 방법은 복합 재료를 합리적으로 설계하는 것입니다[24]. 기존의 불소 제조 방법은 초고온, 복잡한 절차 및 부식성 HF 및 독성 F2의 사용과 같은 요구 사항과 같은 많은 주목할만한 제한 사항이 있습니다. [20, 25]. 균일 침전법은 다른 전극 재료의 제조에 성공적으로 적용되었으며 우수한 전기화학적 성능을 달성했습니다[26]. 이 방법은 온화한 합성 조건, 균일한 입자 크기 준비 및 제어 가능한 형태의 장점이 있습니다. 따라서 균질침전법을 이용하여 망간계 불화물 나노물질을 합성할 경우 가혹한 제조조건과 열악한 전도도의 문제를 동시에 해결하는 것이 바람직하다. 한편, 균일한 입자 크기의 불화물은 전도성 물질과 효과적으로 혼합되어 복합상을 형성하고 전극 물질의 전체 전도성을 향상시킬 수 있습니다[27,28,29,30]. 반면에, 더 많은 내부 전자 채널을 사용하고 특수한 형태를 갖는 나노 물질의 터널링 효과를 사용하여 물질의 전도성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있습니다[31, 32].
본 논문에서는 나노페로브스카이트 양극재 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 EDTA를 이용한 균일 침전법으로 합성하였다. EDTA는 완충제 및 킬레이트제로 작용하여 침전 동안 Mn의 방출 속도를 제어합니다[33, 34]. 또한 EDTA는 단분산 입자 제조에 필요한 또 다른 금속 이온을 차폐하여 입자 응고를 방지합니다[35]. 나노 구조는 표면 반응성을 증가시키고 입자 내의 전자 및 이온 경로를 단축시킬 수 있습니다[36,37,38]. 이를 위해 나노페로브스카이트 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 KIB의 음극으로 사용되었습니다. 한편, K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNT 나노복합 전극재료는 활물질과 도전제의 나노레벨 혼합으로 우수한 전기화학적 성능을 얻었다. 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)은 고체-액체 계면에서 이온의 수송 및 반응 과정을 연구하는 데 사용되었습니다.
원료는 다음과 같이 나열됩니다:C10 H14 N2 O8 나2 ·2H2 O(EDTA-2Na, 98%, 알라딘), Mn(CH3 COO)2 ·4H2 O(99%, 알라딘), Ni(CH3 COO)2 ·4H2 O(99.9%, Aladdin), KF(99%, Aladdin), 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT,> 95%, Aladdin), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF, Arkema) 및 N -메틸 피롤리돈(NMP; 99%, Macklin).
>나노페로브스카이트 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 새로운 합성 방법, 즉 EDTA 지원 균질 침전을 사용하여 합성되었습니다. 사용된 모든 시약은 분석 등급이었고 정제 없이 직접 사용되었습니다. 합성 단계는 아래와 같습니다. EDTA-2Na 6밀리몰 및 Mn(CH3 5.25 mmol) COO)2 ·4H2 O를 물 75ml와 에탄올 75ml에 녹인 후 교반하여 녹였다. 그 다음, KF 20 mmol을 가하여 녹이고 생성된 용액의 이름을 A.Ni(CH3 COO)2 ·4H2 O(6.0 mmol, 6.25 mmol, 6.5 mmol)를 물 80 mol과 에탄올 80 ml에 녹이고 연속 교반하면서 적하 깔때기를 사용하여 용액 A에 적가하였다. 30분 동안 반응시키고 12시간 동안 방치하는 조건에서 고속 원심분리기(Biobase, TD-4 M, Jinan, China)를 이용하여 생성된 생성물을 원심분리하여 고체 생성물을 수득한 후, 고체 생성물을 다음과 같이 수회 세척하였다. 에탄올과 증류수를 수집하고 60 °C에서 건조하여 KMnF3를 얻습니다. , K(Mn0.975 Ni0.025 )F3 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 , 각각. KMnF3 합성 및 K(Mn0.975 Ni0.025 )F3 K(Mn0.95의 형성을 비교하고 확인하기 위해 사용되었습니다. Ni0.05 )F3 .
MWCNT(0.1 g)를 실온에서 25 ml의 물과 에탄올(부피비, 1:1)에 직접 첨가하고 0.5 시간 동안 초음파 처리하여 우수한 분산을 달성했습니다. 분산된 탄소나노튜브를 용액 A에 첨가하고 교반하였다. 후속 단계는 K(Mn0.95의 합성과 동일한 절차에 따라 수행되었습니다. Ni0.05 )F3 .
제품의 구조 및 화학 성분은 0.02°(40KV, 40 mA)의 단계 폭과 10–70°의 각도 범위에 걸쳐 X선 회절(XRD; Cu Kα 방사선이 있는 Bruker D8 ADVANCE)으로 특성화되었습니다. X선 광전자 분광법(XPS, 150 W Al Ka 프로브 빔이 있는 ESCALAB 250Xi). 합성된 생성물의 형태는 현장 임무 투과 전자 현미경(Tecnai G2 F20)으로 분석하였다. 준비된 재료의 정확한 원소 함량은 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법(ICP-AES; Thermo Scientific iCAP 6500 Duo)에 의해 결정되었습니다.
작동 전극을 준비하기 위해 70 wt% 활물질(K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 , K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNTs), NMP 용매에 20 wt% 도전제 및 10 wt% PVDF 바인더를 유성 볼 밀(Nanjing University Instrument Factory, QM-3SP04, Nanjing, China)에서 볼 밀링하여 철저히 혼합하고 표면에 코팅했습니다. 알루미늄 호일. 제조된 전극 필름을 120°C에서 12시간 동안 진공 건조하였다. 전해질은 0.85 mol L -1 이었습니다. KPF6 에틸렌 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)(1:1, v /v; Mojiesi Energy Technology Co., Ltd., Nanjing, China). 버튼 배터리는 아르곤 분위기의 글로브 박스(Mikrouna super 1220/750, Shanghai, China)에서 조립되었습니다. 조립된 배터리는 4.2–1.2 V 대 k/k + 범위에서 배터리 분석기(Neware, Shenzhen, China)에서 KIB의 충전 및 방전 진행을 테스트하는 데 사용되었습니다. . EIS는 주파수 범위가 10 5 인 3전극 시스템을 사용하여 전기화학 워크스테이션(CHI660D, Chenhua Co., Ltd, 중국 상하이)에서 테스트되었습니다. ~ 10 −2 Hz.
XRD 패턴은 고용체 K(Mn0.95)의 형성을 확인하는 데 사용할 수 있습니다. Ni0.05 )F3 . 그림 1은 다양한 니켈 아세테이트 첨가에서 제품의 XRD 패턴을 보여줍니다. 초산니켈의 첨가량이 6 mmol일 때 모든 니켈이온이 착화반응에 참여하여 EDTA-Ni를 형성하였고 생성물은 순수한 페로브스카이트 구조 KMnF3 (PDF 17-0116). 이 결과는 EDTA-Mn에서 치환된 망간 이온이 반응 초기에 침전 반응에 참여함을 확인시켜 주었다. 니켈 아세테이트 첨가가 6.25 mmol 및 6.5 mmol로 계속 증가하면 회절 피크가 점차 더 높은 각도로 이동하여 K(Mn0.975 Ni0.025 )F3 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 , 각각. 이 현상은 주로 Ni 2+ 의 부분 치환으로 인한 것입니다. Mn 2+ 의 경우 이온 반경이 더 작음 더 큰 이온 반경으로 고용체 구조를 형성합니다. ICP-AES는 K(Mn0.975)에서 망간-코발트의 원소 비율을 추가로 결정하는 데 사용되었습니다. Ni0.025 )F3 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 . 계산 결과는 합성 과정에서 첨가되는 양에 따른 이론적인 비율에 가깝습니다(표 1).
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KMnF3의 XRD 패턴 (a), K(Mn0.975 Ni0.025 )F3 (b) 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 (c) 다른 니켈 아세테이트 첨가에 해당(a, b 및 c는 니켈 아세테이트의 첨가가 각각 6.0 mmol, 6.25mmol 및 6.5 mmol일 때 해당 생성물을 나타냄)
<그림>그림 2는 KMnF3의 TEM 이미지를 보여줍니다. , K(Mn0.975 Ni0.025 )F3 , 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 , 이는 XRD 결과와 일치했습니다. Mn의 방출 속도는 침전 과정에서 완충제와 킬레이트제를 EDTA로 사용하여 조절하였기 때문에 제조된 입자는 입자 분산이 양호하고 입자 크기가 균일하였다. 도 2a, b에 도시된 바와 같이, 제품 KMnF3 나노입자는 약 150 nm의 평균크기와 불균일한 입도분포를 보였다. 도 2c, d에서 보는 바와 같이 K(Mn0.975)의 크기 평균 입자 크기 Ni0.025 )F3 나노 입자는 약 120 nm로 KMnF3보다 훨씬 작습니다. 나노 입자. 도 2e, f에 도시된 바와 같이 균일하게 분산된 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 나노 입자는 약 100 nm의 평균 크기를 보였다. 더 언급할 가치가 있는 것은 입자 크기의 감소가 양호한 조제성 유지에 영향을 미치지 않았다는 것입니다. 좁은 입자 크기 분포를 갖는 나노 입자는 입자와 전도성 에이전트 사이의 접촉을 개선하고 입자 내의 전자 및 이온 경로를 단축하여 전기 전도성을 증가시킬 수 있습니다. 내부에서 외부로 나노 입자의 현저한 대비 변화는 TEM 이미지에서도 볼 수 있습니다.
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KMnF3의 TEM 이미지 (아 , b ), K(Mn0.975 Ni0.025 )F3 (ㄷ , d ) 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 (이 , f )
고용체 구조 K(Mn0.95)의 입자 크기가 작고 균일한 입자 크기 분포를 고려하여 Ni0.05 )F3 , 이후의 추가적인 형태 및 성능 특성화를 위한 연구 대상으로 선택되었습니다.
K(Mn0.95의 구조 및 형태에 대한 추가 보완 및 검증) Ni0.05 )F3 에너지 분산 스펙트럼(EDS)은 합성된 나노 입자 K(Mn0.95)의 원소 조성과 Mn 대 Ni의 원소 비율을 추가로 확인 Ni0.05 )F3 , 도 3a, b에 도시된 바와 같이. 도 3c에서 알 수 있는 바와 같이, 면간 간격의 변화는 입자의 구조를 설명하는데 도움을 주기 위해 사용되었다. 0.418 nm의 면간 간격은 KMnF3의 (100) 결정면과 일치합니다. (PDF 17-0116) 및 0.415 nm의 면간 간격이 K(Mn,Ni)F3와 일치했습니다. 고체 솔루션. 또한 그림 3의 요소 매핑 이미지(d, e, f, g, h)와 라인 스캐닝 곡선(i, j, k, l)은 F, K, Mn 및 Ni 요소의 해당 분포를 제안했습니다. K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 고용체 구조. Mn과 Ni 원소의 mapping과 line scan 결과에서 알 수 있듯이 Ni의 원소 분포는 상대적으로 균일한 반면 Mn 원소의 분포는 입자의 중심에 더 많이 분포되어 있으며 중심에서 표면으로 갈수록 점차 감소한다. 나노 입자에서 Mn의 원소 분포는 상당한 농도 구배를 보였다. 농도 구배 구조의 예상 합성 과정은 반응식 1에 주어졌습니다. 반응 초기에 Mn 2+ EDTA-Mn에서 Ni 2+ 로 천천히 대체되었습니다. 그리고 먼저 반응에 참여했다. 반응이 증가함에 따라 Ni 2+ 반응에 참여하여 입자의 표면을 코팅하였다. Ni 2+ 반응 표면에서 Mn 2+ 의 확산 방지 반응 중. Mn 2+ 의 확산 속도 차이 및 Ni 2+ 농도 구배 구조의 형성으로 이어졌습니다. 또한 XPS 테스트(추가 파일 1:그림 S1)에서 Ni 원소의 표면 함량이 EDS 테스트보다 상대적으로 높았으며 이는 농도-구배 구조의 보조 증거이기도 합니다.
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K(Mn0.95의 구조 및 형태에 대한 추가 보완 및 검증) Ni0.05 )F3 나노입자(a EDS 이미지에 해당합니다. ㄴ XPS 이미지에 해당합니다. ㄷ HRTEM 이미지에 해당합니다. d 전자 이미지에 해당합니다. 이 , f , 지 , 및 h 매핑 이미지의 F, K, Mn 및 Ni 요소에 각각 해당합니다. 나 , j , k , 및 l 라인 스캐닝 곡선의 F, K, Mn 및 Ni 요소에 각각 해당)
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K(Mn0.95의 농도-구배 구조의 합성 과정 Ni0.05 )F3
K(Mn,Ni)F3의 특수 구조 전해질에서 망간 이온의 용해를 효과적으로 방지하고 칼륨 이온 배터리의 사이클 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 농도-구배 구조는 충방전 동안 이온 이동 및 전자 이동을 효과적으로 실현할 수 있어 우수한 전기화학적 특성으로 이어진다[39]. 무시할 수 없는 또 다른 장점은 농도-구배 구조가 일반적인 코어-쉘 전극의 구조 불일치의 단점을 극복할 수 있다는 것입니다[24].
재료의 전기전도도를 향상시키기 위해 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 K(Mn0.95를 얻기 위해 MWCNT에 증착되었습니다. Ni0.05 )F3 /MWCNT 나노복합체로 우수한 전기화학적 성능을 얻을 수 있습니다. K(Mn0.95 사이의 복합 구조 형성 Ni0.05 )F3 MWCNTs는 형태 및 구조 분석에 의해 확인되었습니다. 도 4에서 잘 분산된 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 MWCNT와 결합하여 형성된 나노 입자. 나노입자의 크기 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 는 여전히 100의 크기 범위 주변에 있으므로 재료의 전도성을 더욱 향상시키기 위해 나노 규모의 MWCNT와 좋은 조합을 쉽게 형성할 수 있습니다.
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아 –d K(Mn0.95의 TEM 이미지 Ni0.05 )F3 다른 배율에 해당하는 /MWCNT 합성물
K(Mn0.95의 화학 조성 Ni0.05 )F3 /MWCNT는 XRD 및 XPS로 분석되었으며 결과는 추가 파일 1:그림 S1에 나와 있습니다. 26° 부근의 회절 피크는 K(Mn0.95 샘플의 XRD 패턴에서 명확하게 볼 수 있음 Ni0.05 )F3 /MWCNTs(추가 파일 1:그림 S1a), 샘플에서 MWCNT의 존재 확인(JCPDS 파일 번호 25-0284) [40]. XPS 스펙트럼은 나노복합체 구조의 화학적 결합 상태와 조성을 특성화하는 데 사용되었습니다. 광역 스캔은 추가 파일 1에서 K, F, Mn, Ni 및 C 요소의 존재를 확인했습니다:그림 S1b. 추가 파일 1:그림 S1c에 명확하게 표시된 것처럼 MWCNT의 방향족 탄소는 조사 XPS 스펙트럼[41]에서 C1 피크의 가장 중요한 소스였습니다. MWCNT 매트릭스의 탄소 외에도 탄소와 산소 원자(C=O 및 C–O)를 포함하는 작용기도 추가 파일 1:그림 S1c에서 얻을 수 있으며, 이는 표면 작용기의 존재를 보여줍니다. 기본적으로 추가 파일 1:그림 S1c에 표시된 C1의 고해상도 XPS 스펙트럼은 293.3 및 295.9 eV에서 화학적 결합 C-F3 및 C-F4를 나타냅니다[42]. 이러한 결합의 형성은 K(Mn0.95의 불소 Ni0.05 )F3 MWCNT의 탄소에 부착되어 활물질과 도전제 사이의 양호한 전자 전달을 용이하게 한다. 여기에서 분석은 탄소나노튜브와 K(Mn0.95 사이에 효과적인 결합이 생성되었음을 증명했습니다. Ni0.05 )F3 화학 결합에 의해.
준비된 재료의 전기화학적 성능 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNT는 MWCNT 추가의 영향을 입증하기 위해 먼저 평가되었습니다. K(Mn0.95의 정전류 충전/방전 사이클링 Ni0.05 )F3 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 35 mA g −1 의 전류 밀도에서 /MWCNT 전압 범위 4.2–1.2 V 대 K/K + 전체적인 관점에서 두 재료는 더 나은 형태 제어로 인해 높은 충방전 용량을 나타냈다. K와 비교(Mn0.95 Ni0.05 )F3 , K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNT 전극은 더 높은 사이클 안정성과 쿨롱 효율을 가졌다. 처음 몇 사이클 동안 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 전극이 단조롭게 감소하는데, 이는 SEI 막 안정화와 격자에서 일부 칼륨의 비가역적 포획으로 인한 것일 수 있습니다[43]. 분명히, K(Mn0.95의 충방전 용량 Ni0.05 )F3 K(Mn0.95)의 충방전 용량 동안 충방전 주기 동안 명백한 불안정성을 보였다 Ni0.05 )F3 /MWCNT 재료는 60 주기 동안 더 높은 안정성을 보였다. K(Mn0.95의 충방전 용량 Ni0.05 )F3 60번째 주기 이후의 /MWCNT는 여전히 106.8 및 98.5mAh g −1 에 도달할 수 있습니다. , 각각. 60 주기 후에도 92.6%의 고용량 유지율을 유지할 수 있습니다. 이 실험에서 전극의 기본 재료와 시험 조건은 동일하였기 때문에 MWCNT를 첨가함으로써 전지의 충방전 용량이 향상되었다고 결론지었다.
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K(Mn0.95의 다양한 주기에 대한 충방전 프로파일 Ni0.05 )F3 (아 ) 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNT(c ) 및 K(Mn0.95의 해당 용량-주기 프로파일 Ni0.05 )F3 (b ) 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNT(d ) 35 mA g −1 의 전류 밀도에서 전압 범위 4.2–1.2 V 대 K/K +
35mA g − 의 다양한 전류 밀도에서 속도 성능 1 ~ 280 mA g −1 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 4.2–1.2 V의 전압 범위에서 /MWCNT 음극 추가 파일 1:그림 S2a에서 볼 수 있듯이 전류 밀도가 다른 전류 밀도를 겪을 때 배터리는 우수한 사이클 성능을 나타냈습니다. 추가 파일 1:그림 S2b는 K(Mn0.95의 CV 곡선을 나타냄) Ni0.05 )F3 /MWCNT 음극(0.2 mV s −1 ) . 얻어진 CV 곡선은 기본적으로 충방전 과정과 일치하였고, 또한 이러한 재료의 나트륨 이온 전지의 CV 곡선과 동일한 특성을 가졌다. CV 곡선이 거의 중첩되어 K-이온의 디인터칼레이션/인터칼레이션 과정에서 우수한 가역성을 나타냅니다.
K(Mn0.95의 계면 반응 과정을 조사하기 위해 Ni0.05 )F3 전극/전해질 계면에서 /MWCNT 합성물, K(Mn0.95의 EIS 측정) Ni0.05 )F3 /MWCNT 복합 전극은 첫 번째 충방전 과정에서 수행되었습니다(그림 6 및 추가 파일 1:그림 S3). 개방 회로 전위에서 Nyquist 플롯은 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 첫 번째 충전 중 /MWCNT는 고주파수 반원(HFS), 중주파 반원(MFS), 중저주파 라인 또는 아크(MLFL/A)의 세 가지 구성 요소로 구성된 것으로 보입니다. 충전 및 후속 방전이 끝날 때까지 전압이 지속적으로 증가하는 동안 HFS 및 MFS가 항상 존재했으며 크게 변경되지 않았습니다. HFS는 일반적으로 SEI 필름의 형성과 관련된 반원에 기인합니다. 충방전 공정과 함께 SEI막의 형성은 1차 충전시에는 거의 발생하지 않는 것으로 알려져 있으나, 충전 전의 스탠딩 공정에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 정지 후 임피던스 스펙트럼은 SEI 막이 이 단계에서 형성되었다는 결론을 증명할 수 있습니다(추가 파일 1:그림 S4). 이것은 첫 번째 사이클의 개방 회로 전압에서 SEI 필름과 관련된 반원을 갖는 것이 합리적이며 충전 중에 큰 변화가 없음을 나타냅니다. 이 현상은 HFS가 SEI 필름을 통한 칼륨 이온의 이동에 기인할 수 있음을 추가로 입증했습니다[44]. SEI 필름의 안정적인 존재는 복합 전극의 충방전 사이클 안정성에 대한 주요 이유 중 하나였습니다. 불소 EIS 연구에 관한 이전 문헌[19]에 따르면 MFS는 불소와 전도성 물질 사이의 쇼트키 접촉과 관련되어야 하며, 이는 밴드 갭이 큰 복합 재료의 중요한 특징일 수 있습니다. 따라서 기본적으로 MFS가 전자 전도도와 관련이 있음을 확인할 수 있습니다. 그림 6b, c에 제공된 주파수 데이터와 결합하여 수 Hz(MLF)에서 음극 반원이 전하 이동에 기인해야 함을 입증할 수 있습니다[45]. 불화물 전극의 전도도가 낮을수록 전하 이동 저항이 높아져 중저주파 영역의 반원이 선이나 호로만 나타났다. 충전 중 전위가 증가함에 따라 전하 이동 과정과 관련된 저주파 영역은 주로 높은 전하 이동 저항으로 인해 구부러져 원호를 형성하는 경향을 나타내지 않았습니다[45,46,47]. 위의 분석을 바탕으로 EIS 스펙트럼에 나타나는 세 가지 구성 요소는 각각 SEI 막, 전자 전도도 및 전하 이동 저항과 관련이 있습니다. 해당 EIS 다이어그램을 맞추기 위한 등가 회로는 추가 파일 1:그림 S5에 표시되어 있으며 불소 전극 재료의 등가 회로의 일반적인 특성을 가지고 있습니다[48]. R s 솔루션 저항, R을 나타냅니다. 1 , R 2 , 및 R 3 , 및 일정한 위상각 요소(CPE, Q1 , Q2 , 및 Q3 )은 각각 HFS, MFS, LFS의 관련 저항과 커패시터를 나타냅니다.
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아 –d K(Mn0.95의 나이퀴스트 플롯 Ni0.05 )F3 첫 번째 충전 과정에서 다양한 전위의 /MWCNT 전극
Nyquist는 K(Mn0.95의 비교를 플롯합니다. Ni0.05 )F3 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNT 음극은 4.0 V의 첫 번째 충전에서 추가 파일 1에 나와 있습니다. 그림 S6. KMnF3의 나이퀴스트 다이어그램에서 Ni 2+ 까지 /MWCNTs의 경우 전하 이동 과정을 나타내는 MLF 영역에서 사선의 굽힘 경향이 더 뚜렷할 것입니다. 이는 또한 MWCNT의 첨가가 양극재의 전기화학적 활성을 어느 정도 향상시켜 전기화학적 성능을 향상시킴을 확인하였다. 전하 이동 저항을 나타내는 영역이 여전히 반원으로 구부러지지 않았기 때문에 전하 이동 저항은 여전히 합성된 불화물 물질의 전기화학적 성능에 영향을 미치는 중요한 매개변수일 수 있습니다.
요약하면 농도 구배 구조 물질 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 및 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNTs는 KIB용 음극 재료로 사용됩니다. K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 EDTA를 이용한 균질 침전법으로 최초로 합성하였으며, 물질의 농도 구배 형성 과정을 예측하였다. 농도 구배 구조의 불화물 음극을 준비하기 위한 이러한 접근 방식은 전극 재료를 위한 다른 나노 구조 시스템을 설계하기 위해 더 확장될 수 있습니다. 이를 바탕으로 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 MWCNT 위에 증착되어 재료의 전자 전도도를 향상시켜 충방전 용량 및 사이클 안정성과 같은 보다 우수한 전기화학적 성능을 갖는 전극 재료를 얻었다. 예상대로 K(Mn0.95 Ni0.05 )F3 /MWCNT 복합 전극은 우수한 사이클링 안정성을 나타냈습니다. K(Mn0.95의 충방전 용량 Ni0.05 )F3 60번째 주기 이후의 /MWCNT는 여전히 106.8 및 98.5mAh g −1 에 도달할 수 있습니다. 전압 범위 4.2–1.2 V 대 K/K + 35 mA g −1 의 전류 밀도에서 . K(Mn0.95의 나이퀴스트 다이어그램) Ni0.05 )F3 /MWCNT 복합 전극은 전하 이동 저항이 합성 불소 물질의 전기화학적 성능에 영향을 미치는 중요한 매개변수일 수 있음을 보여주었습니다.
이 기사의 결론을 뒷받침하는 데이터는 기사 내에 포함되어 있습니다.
일정한 위상각 요소
디에틸 카보네이트
탄산에틸렌
에너지 분산 스펙트럼
전기화학 임피던스 분광법
고주파 반원
유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법
칼륨 이온 배터리
리튬 이온 배터리
중간 주파수 반원
중간 저주파 라인 또는 아크
다중벽 탄소 나노튜브
나트륨 이온 배터리
아니 -메틸 피롤리디논
폴리불화비닐리덴
투과전자현미경
X선 회절
나노물질
초록 귀금속은 수세기 동안 인류 역사에서 필수적인 역할을 해왔습니다. 그러나 최근 나노 기술 및 재료 과학의 발전과의 통합으로 학계와 산업계 모두에 새로운 연구 기회가 제공되어 의료 분야를 포함한 새로운 고급 응용 분야가 탄생했습니다. 귀금속 나노입자(NMNP)는 개인 맞춤형 의료 및 진단에서의 중요성으로 인해 지난 수십 년 동안 생물 의학 분야에서 매우 중요했습니다. 특히 백금, 금, 은 나노입자는 항균제 및 항바이러스제와 같은 생물의학, 진단, 약물 운반체 및 이미징 프로브와 같은 매우 다양한 산업 응용 분야 덕분에 목록에서
초록 웨어러블 전자 장치의 인기가 높아짐에 따라 유연한 에너지 변환 시스템이 빠르게 개발되었습니다. 이론적인 에너지 밀도가 높은 플렉서블 징크-에어 배터리(ZAB)는 웨어러블 전자 제품에 적용할 수 있는 차세대 플렉서블 에너지 장치로서 상당한 잠재력을 보여줍니다. 산소 환원 반응(ORR)과 산소 발생 반응(OER) 모두를 전기화학적으로 촉매할 수 있는 고효율 및 공기 안정 음극의 설계는 매우 바람직하지만 도전적입니다. ORR/OER 촉매 작용을 위한 유연한 탄소 기반 촉매는 크게 두 가지 유형으로 분류될 수 있습니다. (ii) 가
