Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. Схема синтеза и структуры композита на основе SnO2 и нанолистов графена.
Рис.2. Данные SEM и TEM
(а) для нанолистов графена;
(b) SnO2 и нанолистов графена.
Данные ТЕМ поперечных сечений
(с) нанолистов графена;
(d) нанолистов графена при большом увеличении; (е) только что приготовленного композита;
(f) композита после термической обработки.
Белые стрелки обозначают листы графена.
Рис.3.
(А) Данные эксперимента по зарядке/разрядке для композита.
(В) Циклирование для (а) наночастиц SnO2, (b) графита, (с) нанолистов графена, (d) композита на основе нанолистов графена и SnO2.

Нанопористый анодный материал из SnO2 и графена

Ключевые слова:  анодный материал, литиевая батарея

Опубликовал(а):  Корнейчук Светлана Александровна

17 января 2009

Сейчас в качестве анодных материалов для литий-ионных батарей в основном используется графит, но ученые не оставляют попыток заменить его материалом с лучшими характеристиками. Например, можно использовать оксид олова SnO2, т.к. его теоретическая ёмкость (782 мАч/г) гораздо выше ёмкости графита (372 мАч/г). К сожалению, использование SnO2 невозможно из-за сильного изменения объема оксида (около 300%) в процессе заряда/разряда батареи, что ведет к разрушению электрода.

Японские ученые решили эту проблему, создав композитный материал из нанолистов графена и наночастиц оксида олова. Ученые хотели «пересобрать» нанолисты графена в присутствии SnO2 так, чтобы ни один из компонентов не потерял своих электрохимических свойств. «Пересборка» заключается, во-первых, в пространственном ограничении оксида олова листами графена, что лимитирует изменение объема оксида, и, во-вторых, в том, что нанопоры между SnO2 и нанолистами могут играть роль буферного пространства в процессе заряда/разряда, что значительно повышает эффективность и ёмкостные свойства такого материала по сравнению с обычным SnO2.

Нанолисты графена были приготовлены в процессе химического восстановления слоистых графитных оксидных материалов. Наночастицы SnO2 были получены гидролизом SnCl4 в NaOH. Восстановленные листы графена разделили в этиленгликоле и затем их переорганизовали в присутствии SnO2, как показано на рис.1. Мольное отношение SnO2 к графену равнялось 1,5.

Данные SEM и TEM подтверждают, что ученым удалось получить именно ту структуру, на которую они рассчитывали. Наночастицы SnO2 равномерно расположены между листами графена таким образом, что образуется нанопористый композит с большим количеством пустот. Размер частиц колеблется в пределах 3,3 – 7,5 нм. Ограничение листами графена не дает этим частицам расти.

Начальная ёмкость полученного композита на основе SnO2 и нанолистов графена составила 810 мАч/г и уменьшилась до 570 мАч/г после 30 циклов (для сравнения – теоретическая емкость графита составляет 372 мАч/г). Объем оксида олова в процессе циклирования, конечно, изменяется, но благодаря своей нанопористой подвижной 3-D структуре электрод не разрушается.

Работа"Enhanced Cyclic Performance and Lithium Storage Capacity of SnO2/Graphene Nanoporous Electrodes with Three-Dimensionally Delaminated Flexible Structure" была опубликована в Nano Letters.


Источник: Nano Letters



Комментарии
Владимир Владимирович, 17 января 2009 13:53 
Прекрасный перевод!

Возник вопрос: насколько значительно уменьшается потенциал лития на оксиде олова и, соответственно, энергетическая емкость батарей, использующих данный анод?
С уверенностью могу сказать, что графен разделенный частицами металла (оксида) утопия полнейшая. На это, в частности, указывает шарообразная форма частиц SnO2. Скорее всего образуется пористый углеродный материал, а частички SnO2 высаживаются внутри пор, как обычно на дефектах структуры. Это конечно не значит, что материал не будет работать, однако это уже не первая работа в которой структура подобного материала описана неадекватно.
Владимир Владимирович, 24 января 2009 04:46 
Восстановленные листы графена разделили в этиленгликоле и затем их переорганизовали в присутствии SnO2, как показано на рис.1. (Рис. 1 приведен выше)
И графен, и SnO2 получены раздельно; и их нанокомпозит формируется в мягких условиях.
Так откуда, скажите на милость, должен взяться "пористый углеродный материал"?
И где конкретно неадекватность в описании структуры??
Графен по сути вещество гидрофобное, поэтому я и не верю, что кусок твердого материала составленного из турбостратных графитовых блоков разобьется до индивидуальных графеновых слоев и образует стабильную суспензию в полярном расворителе. Частицы SnO2 разделены блоками графеновых слоев, именуемых графитом)) Вопрос в том, что графеновых слоев в блоке действительно немного, поэтому авторы в дань моде и пишут о графене.
Графит - тоже, по сути, наноматериал из графена))
Владимир Владимирович, 07 февраля 2009 16:00 
...я и не верю, что кусок твердого материала составленного из турбостратных графитовых блоков разобьется до индивидуальных графеновых слоев и образует стабильную суспензию в полярном расворителе.

А в статье используются графитные оксиды, и даже здесь достаточно наглядные ПЭМ изображения, а в литературе метод приготовления нескольких слоев показан очень хорошо и убедительно.
Так что аргумент "не верю" звучит хлипко.
А что подразумевалось под: "Скорее всего образуется пористый углеродный материал, а частички SnO2 высаживаются внутри пор, как обычно на дефектах структуры." и совсем-таки страшно непонятно.
"Турбостратные графитовые блоки"- а что это такое, позвольте спросить?

"Графит - тоже, по сути, наноматериал из графена"- а если идти дальше, то "графитовый бозон Хиккса"- бензольное кольцо.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Радиолярии
Радиолярии

Коллекция статей в Frontiers in Chemistry, посвященная Международному Году Периодической Таблицы Элементов
Открыт прием статей в коллекцию Frontiers in Chemistry (Open Access, IF 4.155), посвященной 150 - летию Периодической Таблицы Элементов.

Рейтинг МГУ
По сообщению пресс - службы МГУ, в международном образовательным рейтинге Quacquarelli Symonds (QS) Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова укрепил лидирующие позиции, поднявшись с 90-й строчки на 84-ю. МГУ стал единственным отечественным вузом, попавшим в топ-100 ведущих университетских центров планеты.

12 конференция по нанотоксикологии в Зальцбурге
9, 10 и 11 - 13 сентября 2019 года в Зальцбурге (Австрия) состоится уникальное событие - первый международный научный форум для молодых ученых (International Young Scientist Forum) в рамках 12 международной конференции по нанотоксикологии, а также сама ежегодная конференция. Конференцию посетит команда РФ, отобранная в рамках конкурса National Student Team Contest XIII Всероссийской олимпиады по нанотехнологиям, а также приглашаются к участию все желающие.

Новые гибридные перовскитоподобные материалы для солнечной энергетики
Тарасов Алексей Борисович, Постнаука
Как сохранить энергию солнца или ветра? Как может измениться стационарная энергетика в будущем? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) Постнаука рассказывает о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Материалы к защитам квалификационных работ бакалавров на ФНМ МГУ в 2019 году
Коллектив авторов
4-7 июня 2019 г. (11-00) в аудитории 221 корпуса Б пройдут защиты ВКР бакалавров ФНМ МГУ.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.