Efeitos do recozimento nas propriedades eletroquímicas de nanomateriais de ânodo Cu2SnS3 Solvotermicamente sintetizados

Resumo

Cu ₂ SnS ₃ , como um material modificado para ânodos à base de estanho de alta capacidade, tem grande potencial para aplicações de bateria de íon-lítio. O método solvotérmico é simples, conveniente, econômico e fácil de aumentar e, portanto, tem sido amplamente utilizado para a preparação de nanocristais. Neste trabalho, Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas foram preparadas pelo método solvotérmico. Os efeitos do recozimento de alta temperatura na morfologia, estrutura cristalina e desempenho eletroquímico de um Cu ₂ SnS ₃ nano-ânodo foram estudados. Os resultados experimentais indicam que o recozimento de alta temperatura melhora o desempenho eletroquímico do Cu ₂ SnS ₃ , resultando em maior eficiência coulômbica inicial e melhores características de ciclagem e taxa em comparação com as da amostra conforme preparada.

Introdução

As baterias de íon-lítio são amplamente utilizadas em veículos elétricos e dispositivos eletrônicos portáteis, mas exigem melhorias adicionais em parâmetros como densidade de energia, ciclo de vida, densidade de energia, segurança e compatibilidade ambiental [1,2,3,4,5,6 , 7,8,9]. A densidade de energia é um dos parâmetros mais essenciais, pois determina a quilometragem de resistência de um veículo elétrico. As baterias convencionais de íons de lítio são limitadas pela capacidade específica do ânodo de grafite comercial (LiC ₆ , 372 mAh g ⁻¹ ) Portanto, é fundamental pesquisar ânodos com altas capacidades específicas para melhorar a densidade de energia das baterias de íon-lítio. A este respeito, os materiais de ânodo à base de Sn têm chamado a atenção devido às suas altas capacidades específicas (Li _4.4 Sn, ~ 993 mAh g ^–1 ) [10,11,12,13,14]. No entanto, os materiais exibem condutividades pobres e grandes expansões de volume (até 300%) [15,16,17], causando taxas baixas e baixas estabilidades de ciclagem. Várias estratégias foram exploradas para melhorar as propriedades eletroquímicas de materiais anódicos baseados em Sn [18,19,20,21]. Elementos inertes e não inertes introduzidos para formar materiais compósitos à base de Sn podem funcionar como uma matriz tampão para expansão de volume, melhorando assim a estabilidade estrutural e cíclica do material. Os elementos inertes que são frequentemente usados para formar compósitos à base de Sn incluem Ni, Co, Mn e Cu [22,23,24,25,26,27], e os elementos não inertes incluem Sb, Ge e semelhantes [28,29,30]. A nanomerização de materiais de eletrodo pode não apenas inibir efetivamente as mudanças de volume durante o ciclo da bateria e liberar o estresse interno do material, melhorando assim sua estabilidade estrutural, mas também pode aumentar a área de superfície específica do eletrodo, o que promove reações rápidas na interface do eletrodo. Além disso, a nanomerização pode reduzir significativamente a distância de difusão dos íons de lítio no material ativo, o que reduz o fenômeno de polarização do eletrodo e melhora o desempenho da taxa da bateria de íons de lítio. Cai e Li relataram que nanobastões de SnS poroso / nanoestrutura híbrida de carbono exibiram capacidade reversível melhorada e desempenho de ciclagem [31]. Compósitos 3D ocos de CoS @ PCP / CNTs construídos por nanopartículas de sulfeto de cobalto estabilizadas por nanotubo de carbono / carbono exibiram uma capacidade reversível ultra-alta de cerca de 1668 mAh g ⁻¹ nos 100 ciclos e uma capacidade excepcional de alta taxa (1038, 979, 858 e 752 mAh g ⁻¹ em densidades de corrente de 1, 2, 5 e 10 A g ⁻¹ , respectivamente) [32]. Cu ₂ SnS ₃ , como um material modificado para ânodos baseados em Sn de alta capacidade criado pela introdução de Cu inerte para formar uma liga, tem grande potencial para aplicações em baterias de íon-lítio [17, 33,34,35]. Cu ₂ SnS ₃ (CTS) materiais nanoestruturados foram preparados com sucesso através de um método solvotérmico fácil para bateria de íon de sódio. Os eletrodos CTS recozidos exibem alta capacidade reversível inicial 447,7 mAh g ⁻¹ e boa retenção de capacidade 200,6 mAh g ⁻¹ após 50 ciclos a uma densidade de corrente de 100 mA g ⁻¹ [36]. Fu e Li usaram um método hidrotérmico fácil para preparar Cu ₂ SnS ₃ / composto de óxido de grafeno reduzido (CTS / RGO) para baterias de íon de sódio. CTS / RGO exibe uma alta capacidade reversível de 566,8 mA h g ⁻¹ e mantém uma capacidade específica de 339,8 mA h g ⁻¹ após 100 ciclos a uma densidade de corrente constante de 100 mA g ⁻¹ [37]. Sulfetos sinterizados de alta temperatura têm sido amplamente usados para melhorar o desempenho eletroquímico. Os efeitos do processo de recozimento de alta temperatura no desempenho eletroquímico para baterias de íon-lítio de Cu ₂ SnS ₃ foram investigados neste artigo.

O método solvotérmico é simples, conveniente, econômico e facilmente escalonável e, portanto, tem sido amplamente utilizado para a preparação de nanocristais. Neste trabalho, Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas para baterias de íon-lítio foram preparadas neste documento pelo método solvotérmico. Além disso, os efeitos do recozimento de alta temperatura na morfologia, estrutura cristalina e desempenho eletroquímico de Cu ₂ SnS ₃ nano-ânodos foram estudados.

Seção Experimental

Preparação de materiais

CuCl ₂ ⋅2H ₂ O (99,9%), SnSO ₄ (99,9%), enxofre elementar em pó (99,9%) e etilenodiamina anidra (99%) foram adquiridos de Chengdu Kelong Chemical Co.

Para a síntese de Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas, CuCl ₂ · 2H ₂ O (0,682 g, 4 mmol) e SnSO ₄ (0,473 g, 2,2 mmol) foram primeiro dissolvidos em água desionizada com agitação magnética durante 20 min. A mistura resultante foi carregada em uma autoclave com um recipiente de Teflon de 25 ml pré-carregado com uma solução de pó de enxofre (0,290 g, 9 mmol) suspenso em etilenodiamina anidra. A autoclave hermética foi transferida para um forno e aquecida da temperatura ambiente até 200 ° C, mantida por 24 h, depois resfriada naturalmente à temperatura ambiente. O precipitado resultante foi lavado várias vezes com água desionizada e recolhido por centrifugação a 6000 rpm durante 3 min para remover subprodutos. Em seguida, o precipitado resultante foi seco a vácuo a 80 ° C durante 10 h antes do uso. O Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas foram recozidas a 540 ° C por 40 min em um forno tubular que foi aspirado e purgado com gás nitrogênio a uma taxa de fluxo de 50-80 ml min ^-1 sob pressão ambiente.

Caracterização de materiais

Os dados de difração de pó de raios-X (XRD) foram adquiridos usando um Bruker D8 ADVANCE com uma fonte de radiação Cu-Kα (λ =1,5418 Å). Microscopia eletrônica de varredura (SEM) (Hitachi S3400) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) (Tecnai G2-F30-S-TWIN, FEI) foram usados para investigar as microestruturas do Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas. A composição da amostra foi analisada usando espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX). Espectro de fotoelétrons de raios-X (XPS) do Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas foram obtidas usando um espectrômetro de fotoelétrons de raios-X (ESCALAB 250Xi, Thermo Scientific).

Conjunto da bateria e medições eletroquímicas

O desempenho eletroquímico do Cu ₂ SnS ₃ as nanopartículas foram testadas com células tipo moeda do tipo CR2032, usando metal Li como contra-eletrodo. O ânodo era composto de 80% em peso de material ativo, 10% em peso de super P e 10% em peso de PVDF. O eletrólito era 1 M LiPF ₆ (EC:EMC:DEC =4:2:4, vol%). O Cu ₂ SnS ₃ os eletrodos foram perfurados em círculos com 12 mm de diâmetro. O carregamento em massa de Cu ₂ SnS ₃ o material ativo é 2,65 mg / cm ² . A espessura do Cu ₂ fundido SnS ₃ ânodo é ~ 30 μm, que é determinado por micrômetro. Voltametria cíclica (CV) foi realizada a 0,1 mV s ⁻¹ de 2,0 a 0,0 V usando um potenciostato (VersaSTAT3F, Princeton Applied Research). Os testes de ciclagem e frequência foram conduzidos em uma unidade de carga-descarga galvanostática automática (sistema de teste de bateria CT-4800, Neware) entre 0,05 e 2,0 V em temperatura ambiente. A espectroscopia de impedância eletroquímica foi realizada usando um potenciostato (VersaSTAT3F, Princeton Applied Research) em uma faixa de frequência de 100 kHz a 0,1 Hz.

Resultados e discussão

A Figura 1 mostra os padrões de XRD do Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas. Os picos de difração para ambas as amostras a 28,61 °, 33,13 °, 47,5 °, 56,31 °, 69,42 °, 76,65 ° e 88,44 ° podem ser atribuídos a (112), (200), (220), (312), ( 400), (332) e (424) planos, respectivamente. Os principais picos de difração do Cu ₂ como preparado e recozido SnS ₃ são bem combinados com aqueles de Cu ₂ tetragonal SnS ₃ (JCPDS 89-4714) [38, 39, 42], e nenhuma fase secundária foi detectada, confirmando que os produtos eram todos puros de fase com crescimento preferencial ao longo do plano (112). Após o recozimento a 540 ° C, a intensidade relativa de cada pico de difração principal no padrão de XRD aumentou e a largura total na metade do máximo (FWHM) do pico de difração (112) diminuiu de 0,4 para 0,35, indicando que o recozimento o processo aumentou a cristalinidade do material [40, 41].

Espectros de XRD de Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas

Como mostrado nas imagens SEM na Fig. 2a, e, o Cu ₂ como preparado e recozido SnS ₃ estavam presentes na forma de nanopartículas esféricas, que se agregam para formar aglomerados semelhantes a bolas irregulares. Os aglomerados esféricos irregulares em forma de mícron formados pelas nanopartículas primárias são vantajosos, pois aumentam a densidade de compactação do ânodo e, assim, aumentam a capacidade da bateria. A fim de analisar melhor a morfologia e o tamanho das partículas, bem como a estrutura cristalina interna detalhada de Cu ₂ SnS ₃ , o Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas foram ainda observadas via TEM e HRTEM. Como mostrado na Fig. 2c, g, os tamanhos do Cu ₂ como preparado e recozido SnS ₃ as partículas eram de aproximadamente 25 e 41 nm, respectivamente, e ambos os materiais agregados adicionalmente em partículas esféricas de 1 µm como mostrado na Fig. 2b, f. Nas imagens HRTEM mostradas na Fig. 2d, h, as franjas da rede são claramente observáveis, onde as franjas do Cu recozido ₂ SnS ₃ as nanopartículas (Fig. 2h) são mais regulares do que as da amostra preparada. Isso provou ainda que a cristalização do Cu ₂ SnS ₃ as nanopartículas foram aumentadas por recozimento a 540 ° C. Transformada rápida de Fourier (FFT) do TEM de alta resolução de Cu ₂ SnS ₃ é mostrado no quadro Fig. 2d, h. Os padrões de difração dos materiais são claramente mostrados no FFT. O espaçamento da rede de 0,301 nm é próximo à distância interplanar do plano (112) de Cu ₂ SnS ₃ . Assim, os resultados do HRTEM estão em boa concordância com os resultados do XRD (Fig. 1).

a SEM, b , c TEM e d Imagens HRTEM de Cu ₂ conforme preparado SnS ₃ nanopartículas; e SEM, f , g TEM e h Imagens HRTEM de Cu ₂ recozido SnS ₃ nanopartículas

A fim de investigar a distribuição de Cu ₂ SnS ₃ , o mapeamento de energia dispersiva de raios-X (EDX) foi realizado. As imagens de mapeamento elementar mostram os perfis claros dos elementos Cu, Sn e S no composto (Fig. 3). Os resultados indicam a distribuição uniforme dos elementos Cu, Sn e S no CTS. Os dados EDX verificam que as razões dos elementos de Cu:Sn:S para Cu ₂ conforme preparado SnS ₃ são 2:0,87:2,25. No entanto, as razões de elemento de Cu:Sn:S =2:1,006:2,89 para Cu recozido ₂ SnS ₃ são aproximadamente consistentes com a estequiometria.

Mapeamento elementar EDX de b Cu, c Sn e d S do CTS preparado; f Cu, g Sn e h S do CTS recozido

Os estados de valência e composição do Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas foram posteriormente determinadas por XPS. A Figura 4a, e mostra os espectros XPS completos do Cu ₂ conforme preparado e recozido SnS ₃ nanopartículas, respectivamente. Elementos Cu, Sn e S, bem como C (C1 s , 285,08 eV) e O (O1 s , 533,08 eV), foram observados, e nenhum outro elemento de impureza foi detectado; os picos de impurezas C e O podem ser devido à contaminação ambiental [39, 42,43,44,45,46,47]. A Figura 4b mostra o Cu2 p espectro de nível central do Cu ₂ conforme preparado SnS ₃ nanopartículas. As energias de ligação para Cu2 p 3/2 e Cu2 p 1/2 ocorreu em 931,9 e 951,9 eV, respectivamente, que são consistentes com os valores de Cu ⁺ relatado na literatura [45, 47]; em contraste, o Cu ²⁺ pico em 942 eV não foi observado [48]. As energias de ligação de Sn3 d 5/2 e Sn3 d 3/2 para o Cu ₂ preparado SnS ₃ nanopartículas ocorreram em 486,4 e 494,8 eV, respectivamente, correspondendo ao Sn ⁴⁺ valores relatados na literatura [45,46,47]. A Figura 4f mostra o Cu2 p espectro de nível central do Cu ₂ recozido SnS ₃ nanopartículas; as energias de ligação para Cu2 p 3/2 e Cu2 p 1/2 ocorreu em 932,8 e 952,7 eV, respectivamente, que também são consistentes com os valores relatados na literatura [39, 46]. As energias de ligação de Sn3 d 5/2 e Sn3 d 3/2 para o Cu ₂ recozido SnS ₃ nanopartículas ocorreram em 486,9 e 495,3 eV (Fig. 4g), respectivamente, confirmando a presença de Sn ⁴⁺ [38, 39]. As energias de ligação de S2 p 3/2 e S2 p 1/2 para o Cu ₂ preparado e recozido SnS ₃ os nanocristais foram 161,8 e 162,98 eV, respectivamente, indicando a presença de S. Esses valores são consistentes com aqueles relatados na literatura, que fornecem evidências da existência de S ²⁻ [43,44,45,46,47]. Consequentemente, os resultados de XPS sugerem que os elementos Cu, Sn e S no Cu ₂ como preparado e recozido SnS ₃ nanopartículas estão presentes nos estados iônicos de Cu ⁺ , Sn ⁴⁺ , e S ²⁻ , respectivamente. O processo de recozimento aumenta a cristalinidade de Cu ₂ SnS ₃ partículas e aumenta o tamanho das partículas. Este fenômeno pode causar mudanças na nuvem de elétrons ao redor dos cátions e aumentar a energia de ligação de Cu e Sn.

Perfis XPS de Cu ₂ conforme preparado SnS ₃ nanopartículas: a espectro típico de pesquisa, b Cu2 p nível central, c Sn3 d nível central e d S2 p nivel CENTRAL. Espectros XPS de Cu ₂ recozido SnS ₃ nanocristais: e espectro típico de pesquisa, f Cu2 p nível central, g Sn3 d nível central e h S2 p nivel CENTRAL

A Figura 5 mostra os gráficos de CV obtidos para Cu ₂ SnS ₃ dos dois ciclos iniciais verificados de 2 a 0 V a uma taxa de 0,1 mV s ^–1 . Com base na Fig. 5a, durante o primeiro processo de intercalação de lítio, o Cu ₂ como preparado SnS ₃ nanopartículas mostraram grandes picos de redução em aproximadamente 1,09, os estados de valência de Cu ⁺ , Sn ²⁺ mudando para Cu, Sn. Os grandes picos de redução em aproximadamente 1,62 V são o pico de redução de H ₂ O, e o pico da corrente desapareceu gradualmente no segundo ciclo. No processo de delitiação, o pico da corrente de oxidação apareceu em 0,62 V correspondendo à fórmula (1), Sn com íons Li para formar Li _x Sn, e no segundo ciclo, o pico atual permaneceu basicamente inalterado. Como mostrado na Fig. 5b, durante o primeiro processo de intercalação de lítio, o Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas recozidas a 540 ° C mostraram um grande pico de redução próximo a 1,1 V correspondendo à fórmula (1) [33], onde Cu ₂ SnS ₃ foi reduzido para Cu e Sn, e o pico da corrente aumentou gradualmente para 1,59 V durante o segundo ciclo. A elevação abaixo de 0,5 V corresponde à conversão de Sn em Li _x Sn de acordo com a fórmula (2) [33]. No processo de delitiação, os picos da corrente de oxidação ocorreram em 0,59 e 1,94 V, e conforme o número de ciclos aumentou, o pico da corrente permaneceu basicamente inalterado. O pico anódico em aproximadamente 0,59 V é atribuído ao Li _x Liga Sn formando Sn, e o pico em 1,94 V corresponde à reação inversa de fórmula (1) [33]. A perda de capacidade irreversível, que surge da formação de Li parcialmente amorfo ₂ S consumindo Li irreversivelmente, causa as mudanças no potencial e na intensidade da corrente de pico entre o primeiro e o segundo ciclo [17]. Em comparação, o tratamento de recozimento melhorou a reversibilidade do ciclo do Cu ₂ SnS ₃ nano-ânodos.
$$ {\ text {Cu}} _ {2} {\ text {SnS}} _ {3} + 6 {\ text {Li}} ^ {+} + 6 {\ text {e}} ^ {-} \ leftrightarrow 2 {\ text {Cu}} + {\ text {Sn}} + 3 {\ text {Li}} _ {2} {\ text {S}} $$ (1) $$ {\ text {Sn }} + x {\ text {Li}} ^ {+} + x {\ text {e}} ^ {-} \ leftrightarrow 4 {\ text {Li}} _ {x} {\ text {Sn}} \ quad \ left ({0 \, \ le x \ le \, 4.4} \ right) $$ (2)

Gráficos de CV dos dois ciclos iniciais varridos entre 0 e 2 V a uma taxa de 0,1 mV s ^–1 : a conforme preparado e b recozido a 540 ° C

A fim de compreender totalmente o processo de carga-descarga, o XRD ex situ em Cu ₂ SnS ₃ foi realizado nos eletrodos após descarregados e carregados nas tensões selecionadas, conforme mostrado na Fig. 6. As células tipo moeda foram descarregadas / carregadas em tensões diferentes e então equilibradas por 6 h. As células foram então desmontadas dentro do porta-luvas, e o Cu ₂ SnS ₃ eletrodos compósitos foram lavados com solvente DEC para remover o eletrólito. Após a primeira descarga para 1,5 V, a estrutura cristalina não é destruída em 1,5 V, como pode ser visto na Fig. 6b, e os principais picos de difração de Cu ₂ SnS ₃ eletrodos de compósito combinam bem com os de Cu ₂ tetragonal SnS ₃ (JCPDS 89-4714), e nenhuma fase secundária foi detectada. Após a primeira descarga para 0,05 V, Fig. 6c, os picos de reflexão de Cu ₂ SnS ₃ desapareceu completamente e os picos de Cu tornaram-se mais fortes e os picos de Li ₂ Sn ₅ apareceu. Tais fenômenos podem ser explicados pela decomposição do CTS em nanopartículas de Cu e Sn, o Li _x formador de Sn Sn. Um processo reversível aconteceu quando carregado para 2 V, levando à recuperação das fases CTS, e formado Cu ₄ SnS ₄ .

Padrões de XRD ex situ do eletrodo; a conforme preparado; b primeiro descarregado para 1,5 V; c primeiro descarregado para 0,05 V; d segundo carregado para 2 V

A Figura 7 mostra os gráficos de Nyquist do Cu ₂ SnS ₃ eletrodos em OCV, após 2 ciclos a 100 mA g ⁻¹ (0–2 V). Nas parcelas de Nyquist do Cu ₂ SnS ₃ eletrodos em OCV (Fig. 7a, b), um semicírculo na região de alta frequência é atribuído à resistência de transferência de carga R _ct e uma linha reta inclinada na região de baixa frequência é atribuída a Li ⁺ processo de difusão no bulk Zw [18, 49]. O R _ct do Cu ₂ recozido SnS ₃ eletrodo é menor do que o eletrodo conforme preparado. Nas parcelas de Nyquist do Cu ₂ SnS ₃ eletrodos após 2 ciclos (Fig. 7c, d), um semicírculo na região de alta frequência é atribuído à resistência de Li ⁺ difusão através do filme de superfície R _sei , um semicírculo na região de frequência média é atribuído à resistência de transferência de carga R _ct , uma linha reta inclinada na região de baixa frequência é atribuída a Li ⁺ processo de difusão no bulk Zw. Os dados experimentais são simulados pelo software ZView, os quais são obtidos de acordo com o circuito equivalente, e os valores estão listados na Tabela 1. Podemos verificar que não há diferença significativa da resistência em Ohm (R _s ) entre o Cu ₂ conforme preparado e recozido SnS ₃ . No entanto, o R _sei e R _ct valores de Cu recozido ₂ SnS ₃ são muito menores do que os Cu ₂ preparados SnS ₃ . Especialmente, o R _ct da amostra original é 162,4Ω em OCV e aumenta drasticamente para 206,6Ω após 2 ciclos. Em contraste, o R _ct da amostra recozida é 39,7Ω em OCV e diminui drasticamente para 25,9Ω após 2 ciclos. O processo de recozimento pode suprimir a camada SEI e a resistência de transferência de carga, facilitando assim a transferência de carga e a condução de íons. Como consequência, o desempenho eletroquímico do Cu ₂ recozido SnS ₃ é melhorado.

Parcelas de Nyquist de Cu ₂ conforme preparado e recozido SnS ₃ eletrodos em OCV, após 2 ciclos a 100 mA g ⁻¹ (0–2 V)

Conforme mostrado nas imagens SEM na Fig. 8a, b, após 5 ciclos, a forma de Cu recozido ₂ SnS ₃ não foi alterado, mostrando nanopartículas esféricas que se agregam para formar aglomerados semelhantes a bolas irregulares. As imagens de mapeamento elementar mostram os perfis claros dos elementos Cu, Sn e S no composto (Fig. 8d – f, h – j). Os resultados indicam a distribuição uniforme dos elementos Cu, Sn e S no eletrodo CTS recozido após 5 ciclos.

Imagens SEM de Cu ₂ recozido SnS ₃ nanopartículas: a na OCV, b após 5 ciclos. Mapeamento elementar EDX de d Cu, e Sn e f S do eletrodo CTS recozido em OCV, h Cu, i Sn e j S do eletrodo CTS recozido após 5 ciclos

Curvas de descarga-carga galvanostática do Cu ₂ conforme preparado e recozido SnS ₃ eletrodos (Fig. 9a, b) foram registrados em 100 mA g ^–1 em uma faixa de potencial de 2 a 0 V (vs. Li / Li ⁺ ) As capacidades de descarga iniciais de 654 e 809 mA g ^–1 correspondem a eficiências coulômbicas iniciais de 42% e 53%, respectivamente. A perda de capacidade irreversível pode ser atribuída à formação de um filme SEI e Li ₂ S. Obviamente, o tratamento de recozimento melhorou a capacidade de descarga e a eficiência coulômbica inicial do Cu ₂ SnS ₃ eletrodo.

Curvas de carga-descarga de Cu ₂ SnS ₃ eletrodos (100 mA g ⁻¹ ): a conforme preparado e b recozido a 540 ° C e c desempenho de ciclismo (100 mA g ⁻¹ ); d capacidade de taxa de Cu ₂ conforme preparado e recozido SnS ₃ eletrodos em diferentes densidades de corrente (100 a 400 mA g ⁻¹ )

O desempenho de ciclismo do Cu ₂ conforme preparado e recozido SnS ₃ eletrodos a 100 ciclos a uma constante de 100 mA g ^–1 é mostrado na Fig. 9c. É claro que a capacidade específica de descarga do Cu ₂ recozido SnS ₃ eletrodo é globalmente superior ao eletrodo preparado. A capacidade de Cu ₂ recozido SnS ₃ eletrodo após 50 ciclos é 187,7 mAh g ⁻¹ , que é maior do que o eletrodo preparado (75,2 mAh g ⁻¹ ) A capacidade de retenção de compósitos recozidos é quase igual ou melhor do que os relatórios de microesferas ocas Cu ₂ SnS ₃ e Cu ₂ SnS ₃ nanofolhas [34, 50]. Mas a retenção de capacidade é muito menor do que Cu ₂ SnS ₃ / RGO composto (561 mAh g ⁻¹ após 100 ciclos) [33]. Foi comprovado que o processo de recozimento melhora o desempenho do ciclo de Cu ₂ SnS ₃ , mas na pesquisa de acompanhamento, é necessário combinar com outros métodos de modificação para melhorar ainda mais seu desempenho.

Como mostrado na Fig. 9d, o Cu ₂ preparado SnS ₃ as células exibiram capacidades máximas de descarga de aproximadamente 222, 78, 40 e 14 mAh g ^-1 a 100, 200, 300 e 400 mA g ^–1 taxas de descarga, respectivamente, com uma taxa de retenção da capacidade de descarga de apenas 6%. Em contraste, as capacidades específicas de descarga do Cu ₂ recozido SnS ₃ as baterias eram 396, 221, 153 e 106 mAh g ^–1 a 100, 200, 300 e 400 mA g ^–1 taxas de descarga, respectivamente, com uma taxa de retenção da capacidade de descarga de 26,8%. Obviamente, o tratamento de recozimento aumentou a cristalinidade do Cu ₂ SnS ₃ e levou a uma estrutura de cristal mais estável. Cu ₂ SnS ₃ é policristalino e, portanto, contém muitos limites de grão. Durante o processo de carga-descarga, o estresse mecânico produzido pela expansão do volume das partículas internas pode ser amortecido pelo deslizamento dos contornos do grão, reduzindo assim a fratura e pulverização do material e estabilizando a estrutura do eletrodo. Isso é benéfico para melhorar a estabilidade do ciclo e as características de taxa do nano-Cu ₂ SnS ₃ ânodo.

Conclusão

Cu ₂ SnS ₃ , como um material modificado para ânodos baseados em Sn de alta capacidade, criado pela introdução de Cu inerte para formar uma liga, tem grande potencial para aplicações em baterias de íon-lítio. O recozimento a 540 ° C aumenta a cristalinidade do Cu ₂ SnS ₃ nanopartículas e leva a uma estrutura de cristal mais estável. O tratamento de recozimento de alta temperatura melhora o desempenho eletroquímico de Cu ₂ SnS ₃ , resultando em uma eficiência coulômbica inicial mais alta e características de ciclo e taxa aprimoradas em comparação com as da amostra conforme preparada.

Disponibilidade de dados e materiais

Os autores declaram que os materiais e dados estão prontamente disponíveis aos leitores, sem qualificações indevidas em acordos de transferência de material. Todos os dados gerados ou analisados durante este estudo estão incluídos neste artigo.

Abreviações

PVDF:: Fluoreto de polivinilideno)
HRTEM:: Microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução
EC:: Carbonato de etileno
EMC:: Carbonato de etil metila
DEC:: Carbonato de dietila
CV:: Voltametria cíclica
XPS:: espectroscopia de fotoelétrons de raios-X
SEM:: Microscópio eletrônico de varredura
EDX:: Raio-X de dispersão de energia
OCV:: Voltagem de circuito aberto
FWHM:: Largura total na metade do máximo
XRD:: Difração de raios X

Propriedades fotoelétricas investigadas em nanofios de Si individuais e sua dependência de tamanho Uma revisão dos mecanismos de atuação e detecção em dispositivos sensores baseados em MEMS

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias