Synthèse de NiCo2O4 de type oursin via une stratégie d'auto-assemblage par charge pour des batteries lithium-ion hautes performances

Introduction

Spinelle nickel cobaltite (NiCo₂ O₄ ) est l'un des oxydes de métaux de transition binaires (TMO) les plus importants avec de larges applications dans la séparation électrocatalytique de l'eau, les supercondensateurs et les matériaux de batterie rechargeable, etc. [1,2,3,4,5,6,7]. En particulier, le spinelle NiCo₂ O₄ , ayant une capacité spécifique théorique (890 mAh g ⁻¹ ), peut être utilisé comme matériau d'anode de grande capacité prometteur pour le stockage électrochimique du lithium, en raison de la conductivité électrique et des activités électrochimiques plus élevées que les oxydes monométalliques (Co₃ O₄ et NiO) [8, 9]. Cependant, les performances de stockage du lithium de NiCo₂ O₄ dépendait fortement de la structure et de la morphologie distinctes, qui ont montré des effets significatifs sur la stabilité du cycle et la capacité de vitesse.

Ces dernières années, divers NiCo₂ O₄ avec des morphologies intéressantes, y compris des nanofils [10], des nanofeuilles [11], des nanoflocons [12], des nanoceintures [12], des structures en forme d'oursin [13] et en forme de fleur [14], ont été synthétisés par des méthodes hydrothermales et solvothermes . Des études antérieures ont suggéré que les micro/nanostructures présentaient un double avantage des dimensions à l'échelle microscopique et nanométrique pour un transport amélioré des électrons et des ions, conduisant ainsi à des performances électrochimiques supérieures [15, 16]. Généralement, la conception de la structure de NiCo₂ O₄ avec des micro/nanostructures a été orienté en choisissant des réactifs de contrôle de morphologie appropriés. Zhang et al. utilisé de la polyvinylpyrrolidone (PVP) pour synthétiser NiCo₂ O₄ pour contrôler la morphologie, basée sur la coordination des ions métalliques avec des groupes fonctionnels (par exemple, -N et/ou C=O) de la pyrrolidone [17]. Cependant, des réactifs de direction de structure efficaces limités sont réalisables pour la synthèse de TMO binaires avec une morphologie unique. Ainsi, il est hautement souhaitable d'explorer des réactifs polyvalents pour synthétiser NiCo₂ O₄ avec des micro/nanostructures. Récemment, nous avons signalé que des réactifs chargés positivement, tels que le chlorure de diallyldiméthylammonium (DDA) et son homopolymère, présentaient des potentiels dans la synthèse de Co₃ O₄ pour les batteries lithium-ion (LIB) [15, 16]. Cependant, nous ne connaissons aucun TMO binaire (par exemple, NiCo₂ O₄ ) avec des micro/nanostructures synthétisées par de telles molécules chargées pour les applications de stockage électrochimique du lithium.

Ici, nous avons présenté une stratégie d'auto-assemblage pilotée par la charge pour NiCo₂ O₄ avec une structure en oursin, suivi d'un traitement thermique. Les molécules de poly(chlorure de diallydiméthylammonium) (PDDA) chargées positivement ont été considérées comme un réactif de direction de structure crucial dans la synthèse hydrothermale. NiCo₂ ressemblant à un oursin O₄ avec des micro/nanostructures a également démontré des performances de stockage de lithium supérieures dans des cycles de charge-décharge répétés. De toute évidence, il s'agit du premier travail sur la synthèse d'auto-assemblage piloté par la charge de TMO binaires avec l'aide de molécules organiques chargées. Cette nouvelle stratégie devrait ouvrir une nouvelle voie pour synthétiser des TMO binaires avec de nouvelles micro/nanostructures pour les matériaux de stockage d'énergie.

Méthodes

Synthèse de NiCo semblable à un oursin₂ O₄

Dans une synthèse typique, 0,5 g d'acétate de nickel tétrahydraté (≥  99 %), 1,0 g d'acétate de cobalt tétrahydraté (≥  98 %) et 3,0 g d'urée (99,5 %) reçus d'Acros Organics ont été dissous dans 55 ml d'eau déminéralisée, suivi de l'ajout de 5 g de solution PDDA (20 % en poids dans H₂ O, Sigma-Aldrich). La solution mélangée a été soigneusement transférée dans un autoclave scellé en acier inoxydable revêtu de téflon et placée dans un four électrique maintenu à 120 °C pendant 2 h. La précipitation résultante a été recueillie par filtration sous vide et lavée avec de l'eau désionisée trois fois. Enfin, l'échantillon filtré a été traité thermiquement dans un four à moufle à 450 °C pendant 2 h. Les échantillons noirs tels que synthétisés ont été directement utilisés dans la caractérisation des matériaux et l'évaluation des performances électrochimiques.

Caractérisations des matériaux et évaluation des performances électrochimiques

Les phases cristallines, les morphologies des matériaux, les microstructures et les états de valence des échantillons tels que préparés ont été caractérisés par un diffractomètre à rayons X sur poudre (XRD, Philips PW1830), un microscope électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM, Hitachi S48000), un microscope électronique à transmission ( TEM, FEI Tecnai G ² 20 balayage) et la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS, modèle PHI56000), respectivement. L'étude de conversion thermique des précurseurs a été menée sur analyse thermogravimétrique (TGA, Mettler Toledo) et calorimétrie différentielle à balayage (DSC, Mettler Toledo) sous atmosphère d'oxygène. De plus, la surface spécifique et les distributions de taille de pores de NiCo₂ O₄ ont été effectuées sur un analyseur de surface (Quantachrome Instruments) par N₂ isothermes d'adsorption-désorption à 77 K. La surface spécifique et la distribution de la taille des pores ont été obtenues par les méthodes multipoints Brunauer-Emmett-Teller (BET) et Barrett-Joyner-Halenda (BJH), respectivement. Les performances de stockage électrochimique du lithium et la capacité de débit ont été évaluées dans une pile bouton CR2025 avec NiCo₂ O₄ comme électrode de travail, lithium métal comme contre-électrode, membrane microporeuse (Celgard® 2400) comme séparateur et 1 M LiPF₆ dans 50 % en volume de carbonate d'éthylène et 50 % en volume de carbonate de diméthyle comme électrolyte. L'électrode de travail était composée à 80% de NiCo₂ actif O₄ matériaux, 10 % de liant PVdF et 10 % de carbone conducteur SuperP. L'analyse par voltamétrie cyclique (CV) a été mesurée dans la plage de tension de 0,005 à 3 V par rapport à Li ⁺ /Li et spectres d'impédance électrochimique (EIS) de NiCo₂ de type oursin O₄ des anodes ont également été enregistrées sur une station électrochimique (CorrTest® Instruments) dans la gamme de fréquences de 100 kHz à 0,01 Hz avec une amplitude de 5 mV. Le test de charge-décharge galvanostatique a été effectué sur un système de test de batterie (LAND CT2001A) à température ambiante. Les performances de cyclisme ont été réalisées à une densité de courant de 100 mA g ⁻¹ pour 100 cycles et le test de capacité de taux a été effectué avec diverses densités de courant allant de 100 mA g ⁻¹ à 3000 mA g ⁻¹ .

Résultats et discussion

Le modèle XRD de la figure 1a a suggéré que le produit tel que préparé était du NiCo₂ cubique à face centrée. O₄ de haute cristallinité et pureté (PDF 02-1074). Les pics 2θ situés à 31,1°, 36,6°, 44,6°, 55,3°, 59,0°, 64,7° ont été affectés à des plans cristallins caractéristiques (2 2 0), (3 1 1), (4 0 0), (4 2 2 ), (5 1 1) et (4 4 0), respectivement. De plus, les phases cristallines des précurseurs tels que préparés étaient constituées de Ni₂ CO₃ (OH)₂ (PDF 35-0501), et Co(CO₃ )_0,5 (OH)·0.11H₂ O (PDF 48-0083), cohérent avec l'étude précédente [18]. Les pics 2θ à 12,1°, 24,3°, 30,5°, 34,8° et 59,8° pourraient être liés à Ni₂ CO₃ (OH)₂ plan cristallin (1 1 0), (1 3 0), (− 1 0 1), (− 2 0 1) et (0 0 2) respectivement. Les pics 2θ à 17,5°, 33,8°, 39,5° et 47,3° pourraient être attribués à Co(CO₃ )_0,5 (OH)·0.11H₂ O plan cristallin (0 2 0), (2 2 1), (2 3 1) et (3 4 0), respectivement. Apparemment, les deux Ni ²⁺ et Co ²⁺ ont été précipités par le CO₃ ²⁻ et OH ⁻ ions, libérés de la décomposition de l'urée dans des conditions hydrothermales [16]. La courbe TGA de la figure 1b a montré qu'une température de calcination de 450 °C était suffisante pour la conversion thermique des phases mélangées en NiCo₂ pur O₄ , puisqu'aucune perte de masse n'a été observée après 450 °C. De plus, la température de conversion a été déterminée à 350 °C, ce qui a entraîné une perte de masse totale de 37 % en poids.

un Modèles XRD du précurseur tel que préparé et NiCo₂ O₄ produit avant et après traitement thermique à 450 °C. b Analyse TGA du précurseur sous atmosphère d'oxygène avec une vitesse de chauffe de 10 °C min ⁻¹

L'analyse morphologique de la figure 2a, b impliquait que la structure de précurseurs ressemblant à un oursin a été obtenue avec succès avec un traitement hydrothermal assisté par PDDA. Après traitement thermique à 450 °C, morphologie d'oursin du NiCo₂ O₄ microsphères pourraient encore être maintenues, indiquant la nature robuste à haute température. Le NiCo₂ O₄ les microsphères avaient généralement un diamètre d'environ 2,5 μm et étaient composées de nombreuses nanoaiguilles d'un diamètre moyen d'environ 100 nm. Notez que les molécules de PDDA jouent un rôle central dans la formation d'une structure semblable à l'oursin. Au début, la décomposition de l'urée conduisant à la génération de CO₃ ²⁻ et OH ⁻ a initié la nucléation de Co ²⁺ et Ni ²⁺ aux conditions hydrothermales. Les atomes d'azote du PDDA dotés de paires d'électrons isolés ont permis une forte interaction électrostatique avec les ions négatifs. Par conséquent, la surface de ces petits noyaux a d'abord été occupée par ces ions négatifs (CO₃ ²⁻ et OH ⁻ ), conduisant à une adsorption électrostatique de molécules positives. En raison de l'encombrement stérique, le PDDA a conduit à la croissance cristalline de précurseurs selon une direction préférentielle. Afin de minimiser l'énergie de surface, l'auto-assemblage de nanostructures via un processus de maturation spontané d'Ostwald finit par se produire, entraînant la formation d'une structure semblable à un oursin.

un , b Images FE-SEM typiques du précurseur de type oursin et NiCo₂ O₄ synthétisé avec 5 g de solution PDDA

Les effets des quantités de PDDA sur la morphologie des précurseurs ont également été étudiés avec la caractérisation FE-SEM. Comme le montre la figure 3, lorsqu'une solution de PDDA de 2,5 g a été ajoutée dans la synthèse hydrothermale, l'échantillon de précurseur tel que préparé présentait la même structure sphérique de 2 à 5 um de diamètre. De nombreuses nanoaiguilles, considérées comme les unités de construction, ont été organisées au hasard dans les grandes sphères micro/nanostructurées. Lorsque la quantité de PDDA a été augmentée à 10 g, des structures semblables à celles d'un oursin et d'une gerbe de paille ont pu être manifestement trouvées dans les précurseurs hydrothermaux. Les effets du PDDA sur l'orientation des cristaux devraient être associés à la propriété de charge de surface des petits noyaux, qui pourrait être adaptée par les quantités de molécules de PDDA chargées positivement. Ainsi, une solution de PDDA de 5 g, ce qui équivalait à une concentration de 16,7 mg L ⁻¹ , était les conditions optimales pour synthétiser une structure semblable à l'oursin, en raison de l'orientation préférentielle de la croissance cristalline.

Images FE-SEM typiques du précurseur tel que préparé synthétisé avec différentes quantités de solution de PDDA a, b 2,5 g ; c, d 10 g

Les microstructures des microsphères analysées par MET ont révélé que des structures très poreuses en NiCo₂ O₄ a été indiqué par le contraste blanc/noir évident et la cristallinité élevée a été convaincue par les plans de réseau clairs (Fig. 4a, b). La taille moyenne des particules primaires était d'environ 10 nm. Le d -des valeurs d'espacement de ~ 0,20 nm et ~ 0,25 nm ont été attribuées au plan cristallin (400) et (311), respectivement. De plus, la taille des pores était d'environ 10 nm en moyenne. L'analyse ci-dessus a confirmé que NiCo₂ semblable à l'oursin O₄ ont été synthétisés avec succès par une stratégie d'auto-assemblage piloté par la charge avec un traitement thermique ultérieur.

un , b Images MET du NiCo₂ ressemblant à un oursin O₄ synthétisé avec 5 g de solution PDDA

Basé sur N₂ isotherme d'adsorption-désorption, surface spécifique BET et distribution de la taille des pores BJH de NiCo₂ O₄ l'échantillon mesurait environ 68,6 m ² g ⁻¹ et 8,8 nm, respectivement (Fig. 5). La surface spécifique élevée et la taille uniforme des pores étaient favorables pour raccourcir la longueur de diffusion des ions et atténuer l'expansion de volume dans les processus électrochimiques. Le spectre d'étude de la figure 6a montrait la présence de Ni, Co, O et C dans le produit. Les données XPS haute résolution de Co2p sur la figure 6b ont indiqué que la coexistence de Co ²⁺ et Co ³⁺ espèces, comme le révèle le montage Co2p_3/2 pics situés à ~ 779,5 eV et ~ 781,3 eV, respectivement. De même, les données XPS haute résolution de Ni 2p sur la figure 6c impliquaient la présence de Ni ²⁺ et Ni ³⁺ , comme suggéré par le raccord Ni2p_3/2 pics centrés à environ ~ 854,6 eV et ~ 856,2 eV, respectivement. La présence de pics satellites a également confirmé la présence de Co ²⁺ et Ni ²⁺ . Notez que les séparations de pic pour le Co2p_1/2 vs Co2p_3/2 et Ni2p_1/2 vs Ni2p_3/2 ont été déterminés à 15,2 et 17,3 eV, conformément aux études précédentes [16, 19]. Plusieurs états de valence de Co (+ 2, + 3) et Ni (+ 2, + 3) dans le spinelle NiCo₂ O₄ ont été bénéfiques pour les réactions de conversion électrochimique dans les processus de charge-décharge.

un Isothermes d'adsorption et de désorption d'azote et b distribution de la taille des pores du NiCo₂ semblable à l'oursin O₄ synthétisé avec 5 g de solution PDDA

un Spectre d'enquête sur le NiCo₂ semblable à l'oursin O₄ . b , c Spectres XPS haute résolution de Co2p et Ni2p

Le mécanisme de conversion électrochimique et la réversibilité du NiCo₂ semblable à l'oursin O₄ a été étudiée avec une analyse CV. Comme le montre la figure 7, dans le premier cycle, deux pics cathodiques distincts situés à environ 0,8 V et 1,3 V ont indiqué la réduction électrochimique de Co ³⁺ à Co ²⁺ , puis réduction de Co ²⁺ et Ni ²⁺ aux espèces métalliques Co et Ni, respectivement [20]. Pour le premier processus anodique, l'oxydation électrochimique du Co et du Ni métalliques à environ 1,4 et 2,2 V conduirait à la génération réversible de Co ²⁺ , Co ³⁺ , et Ni ²⁺ espèces, ce qui a finalement abouti à la formation de NiCo₂ O₄ phase. Il est également possible qu'une interphase d'électrolyte solide se soit formée au cours du premier cycle d'activation. De toute évidence, après le processus d'activation dans le premier cycle, une bonne réversibilité des réactions électrochimiques redox a pu être observée dans les deux cycles suivants, comme indiqué par les courbes CV superposées. La seule différence était que le pic de réduction majeur était passé de 0,8 à 1,0 V, ce qui est cohérent avec l'étude CV précédente sur NiCo₂ O₄ anode [8]. Le mécanisme détaillé des réactions de conversion électrochimique a également été discuté dans des études précédentes et pourrait être décrit comme ci-dessous [20].

Analyse par voltamétrie cyclique (CV) du NiCo₂ semblable à l'oursin O₄ anodes dans la plage de tension de 0,005 à 3,0 V avec une vitesse de balayage de 0,01 mV s ⁻¹

Performances de cyclage électrochimique du NiCo₂ O₄ l'échantillon a été fourni dans la Fig. 8a et le résultat a indiqué qu'une capacité réversible de 663 mAh g ⁻¹ a été atteint à une densité de courant de 100 mA g ⁻¹ après 100 cycles de charge-décharge. Les performances en cyclisme étaient également comparables à celles d'une étude précédente sur du NiCo₂ pur. O₄ Matériel. Par exemple, stockage électrochimique au lithium de NiCo₂ hiérarchique O₄ le réseau de nanofils était d'environ 413 mAh g ⁻¹ lorsqu'il est évalué à 100 mA g ⁻¹ plus de 100 cycles [5]. Cependant, lorsque NiCo₂ O₄ a été modifié avec des additifs hautement conducteurs ou des oxydes métalliques, de meilleures performances électrochimiques pourraient être obtenues par rapport au NiCo₂ vierge O₄ . Par exemple, Chen et al. stabilité de cycle rapportée du NiCoO₂ pur a été considérablement amélioré par la réduction de l'oxyde de graphène et une capacité réversible élevée de 816 mAh g ⁻¹ a été atteint avec une rétention de capacité de 80,1 % [21]. De plus, Sun et al. ont rapporté les performances de cyclisme du NiCoO₂ poreux Le décaèdre creux /NiO était d'environ 1535 mAh g ⁻¹ à 200 mA g ⁻¹ sur 100 cycles, ce qui équivaut à une capacité de rétention de 97,2 % [22]. Les efficacités coulombiennes après l'activation initiale étaient presque stabilisées à ~ 100 %, indiquant une réversibilité électrochimique élevée. Comme le montre la figure 8b, les courbes de charge-décharge à différents cycles ont également montré des comportements distinctifs. Avec des cycles de charge-décharge répétés, il est évident que les courbes de charge-décharge du 50e cycle étaient également identiques aux cycles initiaux, indiquant des voies de réaction électrochimique similaires dans les 50 premiers cycles. Cependant, les courbes de charge-décharge du 100e cycle ont montré des comportements légèrement différents, suggérant qu'une lente décroissance du matériau pourrait être présente pendant les réactions de conversion anodique. De plus, la capacité de débit de la figure 8c a montré que les capacités de décharge moyennes de NiCo₂ O₄ mesuré à des densités de courant 100, 200, 500, 1000, 2000 et 3000 mA g ⁻¹ étaient d'environ 1085, 1048, 926, 642, 261 et 86 mAh g ⁻¹ , respectivement. Lorsque la densité de courant est passée à 100 mA g ⁻¹ , haute capacité réversible d'environ 1000 mAh g ⁻¹ était toujours maintenu, ce qui n'indique aucune diminution évidente de la capacité réversible dans le test de capacité de débit. Notez que la capacité spécifique expérimentale de 1085 mAh g ⁻¹ atteint à 100 mA g ⁻¹ était supérieur à la valeur théorique (890 mAh g ⁻¹ ). Ce phénomène a été couramment observé dans les anodes en oxyde de métal de transition. La capacité supplémentaire pourrait être attribuée à la formation réversible de films polymères de type gel et au stockage interfacial de lithium, etc. [23, 24]. Sur la figure 8d, les courbes de charge-décharge typiques à différentes densités de courant suggèrent également que la capacité spécifique a montré une diminution significative avec l'augmentation des densités de courant de charge-décharge de 100 à 3000 mA g ⁻¹ . Les performances électrochimiques obtenues dans cette étude étaient meilleures ou comparables aux études précédentes sur NiCo₂ O₄ -matériaux à base. Par exemple, Chen et al. rapporté NiCo mésoporeux₂ O₄ les nanofils ont fourni des capacités réversibles de 1215, 797 et 413 mAh g ⁻¹ à des densités de courant de 200, 500 et 1 000 mA g ⁻¹ , respectivement [5]. La capacité de débit atteinte de NiCo₂ O₄ dans cette étude était également comparable à des travaux antérieurs sur d'autres oxydes de métaux de transition. Par exemple, Lyu et al. ont rapporté que les capacités réversibles du CuO creux à des densités de courant évaluées de 100, 200, 500 et 1000 mA g ⁻¹ étaient de 629, 567, 488 et 421 mAh g ⁻¹ , respectivement [25]. Il convient de mentionner que la performance de taux de NiCo₂ semblable à l'oursin O₄ n'était pas stable, en particulier à des densités de courant élevées. Ce phénomène était probablement dû à la nature semi-conductrice du NiCoO₂ vierge. et la destruction d'unités de construction (nanoneedles) par une forte densité de courant. De même, les performances de taux C du NiCo₂ sphérique O₄ et NiCo₂ O₄ les nanorubans étaient également instables dans des études précédentes, lorsque la densité de courant de charge-décharge était passée à ≥ 1000 mA g ⁻¹ [20, 26].

un Performances cyclistes du NiCo₂ O₄ testé à une densité de courant de 100 mA g ⁻¹ . b Courbes typiques de charge-décharge de NiCo₂ O₄ testé à 100 mA g ⁻¹ pour le 1er, 10e, 50e et 100e cycle c taux de capacité de performance. d Courbes typiques de charge-décharge de NiCo₂ O₄ testé à différentes densités de courant allant de 100 à 3000 mA g ⁻¹

Notez que la fluctuation de l'efficacité coulombique a également été observée dans la mesure du taux C, en particulier aux points de changement des densités de courant. Par exemple, lorsque la densité de courant est passée de 1 000 à 2 000 mA g ⁻¹ , l'efficacité coulombienne du 40e cycle a été soudainement diminuée de 100 à environ 80 %. Au cours des 9 cycles suivants, l'efficacité coulombienne s'est immédiatement stabilisée à environ 100 %. La chute brutale du rendement coulombique pourrait être liée à la perte partielle de la connectivité électrique entre NiCo₂ O₄ matériaux et réseau conducteur par variation de volume dans le processus de charge, en raison de la densité de courant élevée appliquée. Des phénomènes similaires ont également été signalés dans des études de taux C précédentes sur les matériaux d'anode pour les batteries rechargeables [27, 28].

Pour comprendre la nature du NiCo₂ O₄ anodes, l'analyse EIS a été menée dans la gamme de fréquences de 100 kHz à 0,01 Hz avec une amplitude de 5 mV. L'EIS a été largement utilisé comme un outil utile pour révéler les comportements électrochimiques et le processus de transfert de charge [29, 30]. Pour NiCo₂ O₄ anodes testées avec différents cycles, les spectres EIS de la figure 9 ont révélé de petits demi-cercles et des lignes droites dans les régions de haute et basse fréquence, respectivement. Les petits demi-cercles doivent être liés à la résistance de transfert de charge entre l'électrode et l'électrolyte. Les lignes droites indiquaient l'impédance de Warburg, qui devrait être associée à la diffusion à l'état solide de Li ⁺ en NiCo₂ O₄ électrodes [8]. Les résistances de transfert de charge du NiCo₂ frais O₄ l'électrode avant et après 5 cycles étaient presque identiques, ce qui n'indique aucun changement évident dans l'interface électrode/électrolyte. Cependant, après 10 cycles, la résistance de transfert de charge est devenue dominante dans les processus électrochimiques, comme indiqué par un plus grand diamètre de demi-cercle. De plus, les lignes presque parallèles suggéraient le même Li ⁺ à l'état solide comportements de diffusion avant et après les essais de cyclage. Par conséquent, la résistance de transfert de charge de NiCo₂ O₄ les anodes pourraient jouer un rôle relativement important dans les performances électrochimiques.

Spectres EIS de NiCo₂ ressemblant à un oursin O₄ anodes après différents tests de cyclage dans une pile bouton

Dans cette étude, l'amélioration des performances du NiCo₂ O₄ devrait être attribuée aux micro/nanostructures de la morphologie de l'oursin, par rapport aux travaux antérieurs sur les nanostructures (par exemple, les nanofils mésoporeux). Fondamentalement, les performances de stockage du lithium étaient associées à un transport efficace des ions lithium et des électrons dans les cycles de charge-décharge électrochimiques. Les nombreuses nanoaiguilles, considérées comme l'unité de construction de la structure semblable à l'oursin, pourraient grandement améliorer le Li ⁺ à l'état solide comportements de diffusion, en raison de la longueur nanométrique raccourcie. De plus, les microsphères uniformes, considérées comme les particules secondaires de structure semblable à l'oursin, pourraient améliorer considérablement les comportements de transport d'électrons, en raison du réseau de transport d'électrons à longue distance. Les avantages combinés des micro/nanostructures dans une structure semblable à un oursin pourraient entraîner de meilleures performances électrochimiques que les nanostructures. Dans l'ensemble, les performances électrochimiques supérieures du NiCo₂ O₄ a été attribuée aux propriétés physiques uniques de la structure semblable à l'oursin, qui ont été adaptées par la stratégie d'auto-assemblage piloté par charge assistée par PDDA. Cette stratégie proposée a un potentiel dans la synthèse facile de matériaux de stockage d'énergie pour les LIB de prochaine génération.

Conclusions

En conclusion, NiCo₂ ressemblant à un oursin O₄ ont été synthétisés avec succès par une stratégie d'auto-assemblage piloté par la charge avec du PDDA chargé positivement, suivi d'un traitement thermique. Les molécules chargées jouent un rôle central dans la formation d'une structure semblable à l'oursin, en raison de l'adsorption électrostatique et de l'encombrement stérique. Aussi, NiCo₂ ressemblant à un oursin O₄ ont démontré de grands potentiels dans le stockage électrochimique du lithium. La performance supérieure a été attribuée à la structure unique en forme d'oursin de NiCo₂ O₄ pour un transport amélioré des électrons et des ions_. Dans l'ensemble, la stratégie d'auto-assemblage par charge est une voie attrayante pour synthétiser des matériaux de stockage d'énergie pour les batteries lithium-ion hautes performances.

Abréviations

BET :

Brunauer–Emmett–Teller

BJH :

Barrett–Joyner–Halenda

CV :

Voltamétrie cyclique

DSC :

Calorimétrie différentielle à balayage

EIS :

Spectres d'impédance électrochimique

FE-SEM :

Microscope électronique à balayage à émission de champ

LIB :

Batteries lithium-ion

PDDA :

Poly(chlorure de diallydiméthylammonium)

TGA :

Analyse thermogravimétrique

TMO :

Oxydes de métaux de transition

XPS :

Spectroscopie photoélectronique aux rayons X

XRD :

Diffractomètre à rayons X