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Room-Temperature Pressure Synthesis of Layered Black Phosphorus–Graphene Composite for Sodium-Ion Battery Anodes
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2018-07-20 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsnano.8b03615 Yihang Liu , Qingzhou Liu , Anyi Zhang , Jiansong Cai , Xuan Cao , Zhen Li , Paul D. Asimow 1 , Chongwu Zhou
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2018-07-20 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsnano.8b03615 Yihang Liu , Qingzhou Liu , Anyi Zhang , Jiansong Cai , Xuan Cao , Zhen Li , Paul D. Asimow 1 , Chongwu Zhou
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Sodium-ion batteries offer an attractive option for grid-level energy storage due to the high natural abundance of sodium and low material cost of sodium compounds. Phosphorus (P) is a promising anode material for sodium-ion batteries, with a theoretical capacity of 2596 mAh/g. The red phosphorus (RP) form has worse electronic conductivity and lower initial Coulombic efficiency than black phosphorus (BP), but high material cost and limited production capacity have slowed the development of BP anodes. To address these challenges, we have developed a simple and scalable method to synthesize layered BP/graphene composite (BP/rGO) by pressurization at room temperature. A carbon-black-free and binder-free BP/rGO anode prepared with this method achieved specific charge capacities of 1460.1, 1401.2, 1377.6, 1339.7, 1277.8, 1123.78, and 720.8 mAh/g in a rate capability test at charge and discharge current densities of 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 20, and 40 A/g, respectively. In a cycling performance test, after 500 deep cycles, the capacity of BP/rGO anodes stabilized at 1250 and 640 mAh/g at 1 and 40 A/g, respectively, which marks a significant performance improvement for sodium-ion battery anodes.
中文翻译：
室温压力合成钠离子电池阳极层状黑色磷-石墨烯复合材料
钠离子电池由于钠的自然丰度高和钠化合物的材料成本低，为电网级储能提供了一种有吸引力的选择。磷（P）是钠离子电池的有前途的负极材料，理论容量为2596 mAh / g。与黑磷（BP）相比，红磷（RP）的电子电导率更差，初始库仑效率更低，但是高昂的材料成本和有限的生产能力减缓了BP阳极的发展。为了解决这些挑战，我们开发了一种简单且可扩展的方法，通过在室温下加压来合成层状BP /石墨烯复合材料（BP / rGO）。用这种方法制备的无炭黑和无粘结剂的BP / rGO阳极实现了比电荷容量1460.1、1401.2、1377.6、1339.7、1277.8、1123.78和720。在速率能力测试中，充电和放电电流密度分别为0.1、0.5、1、5、10、20和40 A / g时为8 mAh / g。在循环性能测试中，经过500个深循环后，BP / rGO阳极的容量分别以1 A和40 A / g稳定在1250和640 mAh / g，这标志着钠离子电池阳极的显着性能改善。
更新日期：2018-07-20
中文翻译：
室温压力合成钠离子电池阳极层状黑色磷-石墨烯复合材料
钠离子电池由于钠的自然丰度高和钠化合物的材料成本低，为电网级储能提供了一种有吸引力的选择。磷（P）是钠离子电池的有前途的负极材料，理论容量为2596 mAh / g。与黑磷（BP）相比，红磷（RP）的电子电导率更差，初始库仑效率更低，但是高昂的材料成本和有限的生产能力减缓了BP阳极的发展。为了解决这些挑战，我们开发了一种简单且可扩展的方法，通过在室温下加压来合成层状BP /石墨烯复合材料（BP / rGO）。用这种方法制备的无炭黑和无粘结剂的BP / rGO阳极实现了比电荷容量1460.1、1401.2、1377.6、1339.7、1277.8、1123.78和720。在速率能力测试中，充电和放电电流密度分别为0.1、0.5、1、5、10、20和40 A / g时为8 mAh / g。在循环性能测试中，经过500个深循环后，BP / rGO阳极的容量分别以1 A和40 A / g稳定在1250和640 mAh / g，这标志着钠离子电池阳极的显着性能改善。
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