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越南芹苴大学《ACS AEM》:以水椰子壳为原料制备SnO/SnO₂@碳复合材料,用于锂离子电池

2025-11-24

1成果简介




 

        本文,越南芹苴大学To Giang Tran等在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“Preparation of SnO/SnO2@C Composites Exploiting Nypa fruticans Shell-Derived Cellulose toward Green Anode Materials for Li-Ion Batteries”的论文,研究提出一种简便方法,采用水热法制备由水椰子壳(SOC)衍生的SnO、SnO?与碳组成的复合材料。

        在氮气环境下于600℃进行碳化处理,分别设置2、3、4小时三种反应时长,所得材料标记为SOC_2h、SOC_3h和SOC_4h。X射线衍射与热重分析结果表明,煅烧时间显著影响SOC材料的相组成。扫描电子显微镜、透射电子显微镜及能量色散X射线光谱分析揭示,SnO与SnO?纳米颗粒与碳基体形成牢固结合。此外,SOC电极在锂离子电池(LIBs)中展现出卓越的阳极性能。特别是SOC_3h电极在0.1A g–1条件下经100次循环后仍保持994mAh g–1的可逆容量,相较首循环容量保留率达约91%。此外,当电极在3A g–1条件下达到871 mAh g–1容量时,其卓越的倍率性能得到验证。这些电化学特性结合低电阻值和高赝电容行为比,证明SOC_3h电极极适合用作先进锂离子电池的负极材料。

        2图文导读 





图1. Preparation of SOC materials with calcination time from 2 to 4 h.





图2. (a) TGA and (b) Raman curves of SOC composites.





图3. Powder XRD patterns of SOC composites and reference peaks of SnO, SnO2, and C.





图4. (a–c) SEM and (d–f) TEM images of SOC_2h, SOC_3h, and SOC_4h samples, respectively. (g) HRTEM of the SOC_3h sample.





 图5. Voltage profile curves of (a) SOC_2h, (b) SOC_3h, and (c) SOC_4h electrodes at 0.1 A g–1 in the first three cycles.





图6. (a–c) CV curves and (d–f) contribution ratios of diffusive and pseudo for the SOC_2h, SOC_3h, and SOC_4h electrodes at different scan rates.





 图7. SEM images before and after cycling of materials (a,b) SOC_2h, (c,d) SOC_3h, and (e,f) SOC_4h.


3小结 
        本研究提出了一种简易的纳米复合材料合成方法,该材料由SnO/SnO?和C相组成,并将其应用于锂离子电池的负极材料。通过水热法合成SnO、SnO?和C相(分别标记为SOC?h、SOC?h和SOC?h),主要原料为SnCl?和水椰壳,并经600℃下2-4小时加热处理。形态学观察揭示SOC材料具有独特结构:碳基体中嵌入纳米级SnO/SnO?颗粒。加热时间显著影响SOC材料的相组成、粒径及比表面积。当SOC_3h电极作为锂离子电池负极时,循环测试、倍率容量测试及电化学阻抗谱测试均显示其卓越的电化学性能。SOC_3h电极在100次循环后容量保持率达90%以上,对应0.1 A g?¹条件下容量值为994 mAh g?¹,显著优于SOC_2h和SOC_4h电极(60次循环后分别为38%和21%)。此外,SOC_3h电极展现出优异的倍率性能、低电阻及高赝电容分量比。其卓越的电化学特性可归因于以下因素:
        1. 碳与SnO/SnO?相的共存,通过适宜的晶体与非晶相比例形成体积膨胀缓冲空间,从而提升循环耐久性。
        2. 直径4纳米、长度25纳米的纳米棒状SnO/SnO?颗粒与5-10纳米纳米颗粒的尺寸均匀性,缩短了锂离子传导路径,增强了倍率性能。
        3. 大比表面积提升了电极材料与电解液的接触能力,增加了活性位点,从而提高了容量。
        这些参数表明,SOC_3h材料作为锂离子电池负极具有巨大潜力。
       文献: