在材料合成领域，温度及其变化速率对产品性能有着决定性的影响，然而，对于极快速的温度变化（例如每秒1000°C）的研究仍然受限于传统加热设备的速率限制。近年来，"闪蒸焦耳加热"（FJH）技术突破了这一限制，通过在碳基底上利用电流快速加热化学前驱体，实现了超快速的加热和冷却，为纳米材料合成提供了新的途径。尽管如此，该技术依赖外部电源，且热量主要局限于材料表面，限制了其在需要内部均匀加热的应用。针对这一挑战，本研究提出了一种机械化学触发的自供能闪热方法，通过化学反应自身的放热实现快速均匀加热，为合成高性能材料开辟了新途径。
近日，美国橡树岭国家实验室的Sheng Dai教授和Tao Wang研究员团队在《Small Methods》上发表了题为“A Mechanochemically-Triggered, Self-Powered Flash Heating Synthesis of Phosphorous/Caron Composites for Li-Ion Batteries”的论文。本研究成功开发了一种机械化学触发的自供能快速加热技术，通过Mg3N2/C与P2O5的化学反应，在无需外部电源的情况下迅速产生高于1000°C的高温，制备出具有纳米多孔结构和均匀分布的磷/碳复合材料。该材料在锂离子电池中展现了卓越的电化学性能，包括高比容量、优异的循环稳定性和倍率性能，为快速加热技术在能源存储等领域的应用提供了新的可能性。
在本研究中，研究人员通过机械化学触发的自供能快速加热方法，成功合成了具有优异电化学性能的磷/碳(P/C)复合材料。该方法利用化学反应自身的焓变，通过Mg3N2/C与P2O5的模型反应，实现了快速均匀的加热过程。
图1：机械化学驱动的快速加热合成过程
图2：MFH-P/C的形貌和结构特性
图3：MFH-P/C的化学状态分析
图4：MFH-P/C的电化学性能
图5：MFH-P/C的高面载量和全电池性能
A Mechanochemically‐Triggered, Self‐Powered Flash Heating Synthesis of Phosphorous/Caron Composites for Li‐Ion Batteries. Yating Yuan; Juntian Fan; Zhenzhen Yang; Shannon Mark Mahurin; Huimin Luo; Tao Wang; Sheng Dai. ISSN: 2366-9608 , 2366-9608;
DOI: 10.1002/smtd.202400460
Small Methods , 2024
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