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Advanced ferroferric oxide-based composites for lithium-ion battery: Recent developments and future perspectives
用于锂离子电池的高级氧化铁基复合材料:最新进展和未来展望
研究背景
现代社会的快速发展导致了能源的消耗。然而，煤炭和石油等自然资源的过度消耗，使得有必要探索有前景的替代品、可回收材料和环保的新能源系统。然而，一些新能源（太阳能、风能、生物质能和潮汐能等）的广泛应用受到其间歇性和不可调度性缺点的限制。储能系统的存在有助于上述能源提供可持续和高质量的电力供应。因此，开发高效、低成本和稳定的电力供应势在必行。作为新能源系统的一员，锂离子电池（LIB）在众多储能系统中至关重要，为发展新能源产业提供了巨大的可能性。LIB因其原料丰富、环保、比容量大、循环寿命长而广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。近年来，锂离子电池的产量一直在上升，表明锂离子电池受到了更多的关注，对锂离子电池需求持续上升。
研究方法
Fe3O4阳极材料因其高比容量、低成本、资源丰富、环保等优点而被列为重要的研究方向。本工作重点研究了合理设计不同尺寸的高性能Fe3O4基复合阳极材料的研究进展和过程，并通过比较其相应的电化学性能，讨论了电极材料的结构性能关系。最后，介绍了Fe3O4电极构建的新发展趋势和主要挑战。电极材料因其独特的结构而表现出独特的电化学性能。
结果解析
图3. Fe3O4电极材料在各种类型电池中的分布（a）；不同尺寸Fe3O4电极材料的比例（b）
图4. 不同零维Fe3O4复合材料的形貌和电化学性能
图5. 不同形貌和结构的一维Fe3O4复合材料
图6.不同形态和结构的二维Fe3O4复合材料
结论与展望
本文总结了Fe3O4复合材料作为不同尺寸LIB阳极材料的研究进展，并探讨了其微观结构与性能之间的联系。具有足够电极/电解质接触和大比表面积的零维纳米结构提高了容量性能。与块状材料相比，具有更高发生概率的次级反应可以提供额外的不可逆容量。一维电极由于在某一方向上的取向特性而表现出更好的导电性，这有效地促进了电子/离子的传输。此外，这类LIB电极因其形状可变性、人体适应性和便携性等优点在柔性器件中的潜在应用而受到越来越多的关注。特殊构造的二维材料的层与层之间的紧密接触可以显著提高电化学性能。三维电极通常显示相对较大的表面积，以使电解质离子能够快速直接地进入电极表面，从而提高电化学性能。
为了满足其商业应用，探索低成本、环保、高能量密度和大规模制备方法的Fe3O4基电极具有重要意义。同时，对Fe3O4基电极的形态调控、材料性质和机理的理解也对提高其电化学性能起着重要作用，这将为创新储能电极材料的设计提供新的思路。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2023.12.017
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2022年最新影响因子4.8，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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