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3D Honeycomb Architecture Enables a High-Rate and Long-Life Iron (III) Fluoride-Lithium Battery.
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2019-09-12 , DOI: 10.1002/adma.201905146 Feixiang Wu 1, 2 , Vesna Srot 2 , Shuangqiang Chen 2 , Simon Lorger 2 , Peter A van Aken 2 , Joachim Maier 2 , Yan Yu 3, 4, 5
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2019-09-12 , DOI: 10.1002/adma.201905146 Feixiang Wu 1, 2 , Vesna Srot 2 , Shuangqiang Chen 2 , Simon Lorger 2 , Peter A van Aken 2 , Joachim Maier 2 , Yan Yu 3, 4, 5
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Metal fluoride-lithium batteries with potentially high energy densities, even higher than lithium-sulfur batteries, are viewed as very promising candidates for next-generation lightweight and low-cost rechargeable batteries. However, so far, metal fluoride cathodes have suffered from poor electronic conductivity, sluggish reaction kinetics and side reactions causing high voltage hysteresis, poor rate capability, and rapid capacity degradation upon cycling. Herein, it is reported that an FeF3 @C composite having a 3D honeycomb architecture synthesized by a simple method may overcome these issues. The FeF3 nanoparticles (10-50 nm) are uniformly embedded in the 3D honeycomb carbon framework where the honeycomb walls and hexagonal-like channels provide sufficient pathways for the fast electron and Li-ion diffusion, respectively. As a result, the as-produced 3D honeycomb FeF3 @C composite cathodes even with high areal FeF3 loadings of 2.2 and 5.3 mg cm-2 offer unprecedented rate capability up to 100 C and remarkable cycle stability within 1000 cycles, displaying capacity retentions of 95%-100% within 200 cycles at various C rates, and ≈85% at 2C within 1000 cycles. The reported results demonstrate that the 3D honeycomb architecture is a powerful composite design for conversion-type metal fluorides to achieve excellent electrochemical performance in metal fluoride-lithium batteries.
中文翻译:
3D蜂窝结构可实现高速率和长寿命的氟化铁(III)锂电池。
具有潜在高能量密度的金属氟化锂电池,甚至比锂硫电池更高,被认为是下一代轻巧和低成本可再充电电池的非常有希望的候选者。然而,到目前为止,金属氟化物阴极具有不良的电子传导性,缓慢的反应动力学和副反应,导致高电压滞后,不良的速率能力以及循环时容量迅速下降。这里,据报道具有通过简单方法合成的具有3D蜂窝结构的FeF 3 C复合材料可以克服这些问题。FeF3纳米颗粒(10-50 nm)均匀地嵌入3D蜂窝碳骨架中,其中蜂窝壁和六角形通道分别为电子和锂离子的快速扩散提供了足够的路径。因此,甚至在2.2和5.3 mg cm-2的高面积FeF3负载下生产的3D蜂窝状FeF3 @C复合阴极仍可提供高达100 C的空前速率能力,并在1000次循环内具有出色的循环稳定性,显示出95%-100%的容量保持率在各种C速率下200个周期内,在1000个周期内2C时≈85%。报告的结果表明3D蜂窝结构是一种强大的复合设计,可用于转化型金属氟化物,从而在金属氟化物-锂电池中实现出色的电化学性能。在1000次循环内于2C时≈85%。报告的结果表明3D蜂窝结构是一种强大的复合设计,可用于转化型金属氟化物,从而在金属氟化物-锂电池中实现出色的电化学性能。在1000次循环内于2C时≈85%。报告的结果表明3D蜂窝结构是一种强大的复合设计,可用于转化型金属氟化物,从而在金属氟化物-锂电池中实现出色的电化学性能。
更新日期:2019-10-23
中文翻译:
3D蜂窝结构可实现高速率和长寿命的氟化铁(III)锂电池。
具有潜在高能量密度的金属氟化锂电池,甚至比锂硫电池更高,被认为是下一代轻巧和低成本可再充电电池的非常有希望的候选者。然而,到目前为止,金属氟化物阴极具有不良的电子传导性,缓慢的反应动力学和副反应,导致高电压滞后,不良的速率能力以及循环时容量迅速下降。这里,据报道具有通过简单方法合成的具有3D蜂窝结构的FeF 3 C复合材料可以克服这些问题。FeF3纳米颗粒(10-50 nm)均匀地嵌入3D蜂窝碳骨架中,其中蜂窝壁和六角形通道分别为电子和锂离子的快速扩散提供了足够的路径。因此,甚至在2.2和5.3 mg cm-2的高面积FeF3负载下生产的3D蜂窝状FeF3 @C复合阴极仍可提供高达100 C的空前速率能力,并在1000次循环内具有出色的循环稳定性,显示出95%-100%的容量保持率在各种C速率下200个周期内,在1000个周期内2C时≈85%。报告的结果表明3D蜂窝结构是一种强大的复合设计,可用于转化型金属氟化物,从而在金属氟化物-锂电池中实现出色的电化学性能。在1000次循环内于2C时≈85%。报告的结果表明3D蜂窝结构是一种强大的复合设计,可用于转化型金属氟化物,从而在金属氟化物-锂电池中实现出色的电化学性能。在1000次循环内于2C时≈85%。报告的结果表明3D蜂窝结构是一种强大的复合设计,可用于转化型金属氟化物,从而在金属氟化物-锂电池中实现出色的电化学性能。