リチウムの負極材料としての Fe3O4@C ナノ複合材料の探索

リチウムイオン電池 (LIB) は、電気自動車や携帯電話、ラップトップなどのポータブル機器に広く使用されています。 しかし、現在のLIBには比容量やレート性能の点で限界があり、電子機器の長時間稼働に対する高まる需要を満たすことが困難になっています。

この問題に対処するために、研究者らは高い比容量とサイクル安定性を備えた新しいアノード材料を探索してきました。 有望な材料の 1 つは酸化第二鉄 (Fe3O4) であり、理論比容量が高く、コストが低く、環境に優しい材料です。 ただし、Fe3O4 は容量の減衰が速く、電荷移動特性が劣るという問題があります。

これらの欠点を克服するために、Fe3O4 の構造安定性と導電性を高めるためにさまざまな戦略が採用されてきました。 ナノ粒子やナノロッドなどのナノ構造の Fe3O4 は、応力を緩和し、Li/Li+ 拡散距離を短縮するために合成されています。 カーボンコーティングされた Fe3O4 ナノ複合材料やグラフェンで包まれたナノ Fe3O4 も、バッファーとして機能し、電荷移動を強化することでサイクル安定性を向上させるために開発されています。

さらに、独自の構造効果を達成するために、卵黄の殻やその他の中空構造の構築が研究されています。 金属有機フレームワーク（MOF）は、所望の形状を有する機能性多孔質材料を調製するための前駆体として使用されてきました。 さまざまな [email protected] ナノ複合材料が合成され、LIB のアノード材料として優れた電気化学的性能を示しました。

この研究では、制御可能な形態を持つ [email protected] ナノ複合材料を調製するための大規模な応用方法が提示されました。 ナノコンポジットは、印象的なサイクル性能や高速性能など、優れた電気化学的性能を示しました。

[email protected] ナノ複合材料は、プラズマ支援ボールミル粉砕されたフェロセン前駆体を炭化することによって合成されました。 ナノ複合材料の相成分と形態は、XRD、SEM、および STEM を使用して検査されました。 炭素含有量はTG分析により測定し、細孔構造と比表面積は窒素吸脱着等温線により評価しました。 さらなる分析のために、ラマンスペクトルとXPSも実行されました。

電気化学測定は、合成された [email protected] ナノ複合材料を使用して実施されました。 ナノ複合材料を銅箔上にコーティングしてボタン電池を組み立てた。 充放電測定はバッテリーテストシステムを使用して実行されました。

全体として、[email protected] ナノコンポジットは、比容量、サイクル安定性、高レート能力が向上し、LIB のアノード材料として有望な可能性を示しました。