10月31日，门徒娱乐门徒娱乐郭勇老師團隊聯合上海電力大學王保峰教授課題組，通過簡單的水熱合成法製備了微米級棒狀形貌的SnO2🤢，用超聲後處理方法，均勻將微米級棒狀SnO2嵌入多壁碳納米管(MWNTs)和多層氧化石墨烯(GO)得到了SnO2@GO@MWNTs復合材料，並將其作先進為鋰離子電池的負極材料。
該研究成果以“Fabrication of SnO2 micron-rods embedding in 3D Composite of Graphene oxide@MWNTs as High-performance Anode for Lithium-ion Batteries”為題，發表在國際頂級學術期刊《Journal of Energy Storage》（影響因子IF=9.4）上。
該成果以门徒平台的第一完成單位，郭勇老師為該論文的第一作者🤲🏼，共同培養研究生胡瑩瑩為共第一作者，门徒娱乐金敏教授，張謙君副教授，徐連儀博士🤷🏼♀️，機械门徒阮觀強教授，張德忠老師也協助參與本課題的相關工作；上海電力大學為第二完成單位，王保峰教授和丁昆博士為通訊作者。
鋰離子電池具有電池容量、安全性和穩定性等方面的突出儲能優勢⚽️，已經廣泛應用到微型便攜式電子產品、電動汽車、乃至智能電網調峰等的二次電源系統。然而自從上世紀90年代被大規模應用以來，鋰離子電池的比容量沒有顯著提升，因此也越來越無法滿足日益復雜應用場景需求，例如智能手機要求待機使用時間更長🤒、電動汽車要求跑得遠、電網調峰要求儲電量大等等。這一困境的根本原因在於🧑🦼，鋰電池的電極材料容量難以突破，比如，商用負極材料只能采用理論容量為372 mAh/g的低比容量碳基石墨負極材料🫷🏿。
實驗研究表明🧙🏿，Si🐀、Ge、Sn等單質作為鋰電池負極材料具有很高的比容量🧑🏿🌾，但是受限於多次使用後的容量快速衰減而難以實際應用。近年來，二氧化錫（SnO2）負極材料具有豐富度高🌲，無毒性，理論容量大和優越的循環性能等優勢💽，其理論容量（783 mAh/g）已經達到了石墨負極兩倍，具有較大的應用前景而受到科學家極大關註👼🏼。然而，現有SnO2和單質負極材料一樣都在電化學過程中無法克服體積膨脹的應用瓶頸，鋰離子電池的循環穩定性難以滿足實際應用需求。
因此，如何開發新的高循環穩定性，高容量的SnO2基鋰電負極材料具有重要意義。郭勇老師團隊致力於研究無機功能納米材料的製備和新能源電池先進電極材料的設計和研發（前期研究工作🌊：ENERGY & FUELS，2021（35）14: 11563-11571🦃⛽️，影響因子IF=5.3）👨🏽🍳，通過簡單的水熱合成法成功製備了微米級棒狀形貌的SnO2，再用超聲後處理方法👳🏿♂️，巧妙的將微米級棒狀SnO2均勻地嵌入多壁碳納米管(MWNTs)和多層氧化石墨烯(GO)得到了SnO2@GO@MWNTs復合材料，並將其作為鋰離子電池的負極材料🫙。
該復合電極具有優異的電化學循環性能，在200 mA·g−1下循環280次後的可逆容量為1242.6 mAh·g−1；在高電流密度為1000 mA·g−1和2000 mA·g−1時該材料具有優異的倍率性能，比容量分別為770.5 mAh·g−1和640.1 mAh·g−1。其中氧化石墨烯和MWNTs形成的導電框架結構有效地減輕了微米棒狀SnO2的體積膨脹，同時提高了其導電性🥷🏽，微米棒狀的形狀減輕了納米尺度SnO2容易團聚造成的顆粒聚集🍃🥷🏿，從而獲得了十分優異的電化學性能👨🏻🌾，具有很好的應用前景👨👩👦👦。
圖2 SnO2@G@M復合材料的合成路線圖。
合成過程如圖2所示🍓🎅🏽，在水浴中加入錫源加熱水和甲醇的混合溶液🪮，煆燒所得的前驅體沉澱🐑，得到四方相結構的SnO2微米棒。將SnO2微米棒和多壁碳納米管進行超聲後處理，然後將其復合粉末加入分散的氧化石墨烯溶液中進行超聲和幹燥🦸🏽♀️，得到SnO2@G@M復合材料🧗🏿♀️。
值得關註的是，該工作利用高分辨電子透射顯微鏡、X射線光電子能譜、Raman散射光譜等系列表征手段🚵🏿，詳細闡述了SnO2的三步可逆儲鋰反應過程，脫鋰嵌鋰過程中主要依賴於Li+和Sn之間的可逆電化學反應。
圖3 SnO2@G@M電的CV曲線、充放電曲線、倍率性能和循環性能🪯。
該研究成果有效地抑製二氧化錫在循環過程中的體積膨脹並加速離子和電子傳輸，同時保持電極材料的長循環下的穩定性，特別是在大倍率條件下的充放電，將對新型高容量鋰電池負極材料的設計合成和儲能機理研究具有重要借鑒意義🧑🏼🚒🧙🏼。门徒娱乐自2018年以來一直作為學校科研特區，门徒娱乐領導大力支持和鼓勵青年教師科研工作🎹，該工作得到了门徒娱乐各級領導和老師們的大力支持。
郭勇👷🏼♀️，门徒娱乐 -【门徒平台首页福利】首页福利多多，尽情领取！實驗師，參與國家自然科學基金青年基金項目2項🙅🏻8️⃣，主持上海市青年教師培養計劃項目1項🦻🏽，校級教研教改項目1項、企業橫向課題2項🐧，在研經費近八十萬元。指導學生參加全國大學生金相技能大賽和上海市大學生金相技能大賽分別獲全國一等獎🤧、二等獎、三等獎🦹♂️；上海市團體一等獎👨🏻🦯➡️🧑🏽🚒、一等獎、二等獎、三等獎等榮譽🧔♀️。在介孔功能納米材料🧚♀️、新能源電池正負極關鍵材料的合成與應用領域做出了重要成績👲🏿。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352152X23028773?dgcid=coauthor