Для поддержания стабильности структуры и облегчения переноса электронов были также соединены проводящий полимер и углеродное покрытие нанопроволоки. Сюй и др. синтезировали гетерогенные наномассивы SnO2-PANI в виде стержня-оболочки с использованием гидротермической обработки с последующим электроосаждением. Наностержневые решетки SnO2-PANI обеспечивают сильную адгезию между ядром наностержня SnO2 и проводящей оболочкой PANI, что приводит к отличной структурной стабильности и механической целостности, а также реализует быструю кинетику, что приводит к длительному циклическому циклу и увеличению скорости.
Кроме того, нанопроволочные массивы обладают потенциалом высокопроизводительных гибких LIB за счет использования растяжимых/изгибаемых подложек.
- Нанопроволочные массивы ZnCo2O4 на основе углеродной ткани были синтезированы Лю и др., а полные батареи были изготовлены на основе гибких нанопроволочных массивов ZnCo2O4.
Полноразмерная батарея продемонстрировала выдающиеся характеристики, как по скорости, так и по циклической стабильности, и, тем не менее, продемонстрировала превосходные электрохимические характеристики по сравнению с обычными электродами при полностью механическом изгибе. Это выявило возможности применения нанопроволочных массивов в портативных/износостойких устройствах хранения энергии, электронных устройствах и гибком питании устройств. Сообщалось и о других подобных архитектурах, таких как нанотрубчатые массивы Li4Ti5O12-C, нанопроволочные массивы SnO2@Si с сердечником и оболочкой и так далее.
- Трехмерные (3D) конфигурации нанопроволочных массивов также все чаще исследуются в качестве источников энергии для микро-/нано-электромеханических систем (МЭМС/NMES) устройств.
Мин и др. сообщили о трехмерных литий-ионных батареях, состоящих из массивов углеродных столбов, перемежающихся с массивами столбов PPYDBS с помощью процесса C-MEMS. При трехмерной конфигурации решетки электролит проникал во весь электрод по сравнению с плоским фронтом, который электролит производит с 2D PPYDBS электродом. Электрохимические измерения показали, что трехмерный решетчатый электрод PPYDBS демонстрировал обратимую интеркаляцию/деинтеркаляцию с лучшей гравиметрической емкостью, чем двумерные пленки с электродепозитацией. Далее было продемонстрировано, что 3D-конфигурация использует внеплоскостной размер в отличие от традиционных тонкопленочных батарейных электродов, которые используют только плоскостную поверхность.
Иерархическая структура
Повышенные электрохимические характеристики электродов зависят не только от внутренних характеристик материалов, но и от разработанных морфологий. Благодаря высокой поверхностной энергии наноматериалы часто саморазделяются, что уменьшает эффективные области контакта между активными материалами и электролитом.
Для сохранения эффективных областей контакта активных материалов и полной реализации преимуществ катодов на основе наноматериалов репрезентативной стратегией является иерархическая структура нанопровода.
Сверхдальние иерархические нанопровода из оксида ванадия диаметром 100-200 нм и длиной до нескольких миллиметров были синтезированы методом электроспиннинга в сочетании с отжигом. Иерархические нанопровода были сконструированы из прикрепленных наностержней из оксида ванадия диаметром около 50 нм и длиной до 100 нм. Самоагрегация в уникальных структурах "наностержень в нанопроволоке" может быть снижена за счет прикрепления наностержней в ультратонких нанопроволоках, которые сохраняют эффективные контактные области активных материалов и в полной мере реализуют преимущества катодов на основе наноматериалов. При цикличности батареи между 2,0 и 4,0 В начальная и 50-я разрядные емкости нанопроволочных катодов составляли 275 мАч и 187 мАч, что значительно превышало самодезагрегирующиеся короткие наностержни (с разрядной емкостью 110-130 мАч).
Разработка трехмерных наноструктур с большой площадью поверхности и отличной структурной стабильностью является важным подходом для реализации высокоскоростных и долговечных электродов батарей. Полые микросферы, собранные с помощью VO2 нанопровода, сконструированные на основе легкого контролируемого иономодулирующего подхода, обладают высокой емкостью и отличной цикличностью благодаря высокой поверхности и эффективному саморасширению и самоусадочному буферированию.
Продолжение...