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SCIE
SCOPUS
Uniform Si nanoparticle-embedded nitrogen-doped carbon nanofiber electrodes for lithium ion batteries
저자
Park, Sung-Woo ; Shim, Hyun-Woo ; Kim, Jae-Chan ; Kim, Dong-Wan
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2017
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
490-496(7쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Preparing the homogeneous spinnable solutions with highly dispersed Li-electroactive nanoparticles has been of the crucial issues for electrospinning technique to develop nanocomposite with carbon nanofibers, because the particle aggregation can lead to a poor cyclic stability and formation of unstable solid electrolyte interface layers. Herein, we present that the commercial Si nanoparticles (≤50 nm in diameter), with using polyethylene glycol (PEG), are embedded uniformly into nitrogen-doped carbon nanofibers (w-Si@N-CNFs) through a facile electrospinning route, followed by carbonization at 800 °C. The PEG played a critical role as dispersion agent to prevent the aggregation of Si nanoparticles during electrospinning, which successfully leads to the high dispersion and incorporation of Si nanoparticles without any agglomeration on N-CNFs. As anode materials for Li-ion batteries, the electrochemical properties of w-Si@N-CNFs was evaluated and compared to the non-uniform Si@N-CNFs (wo-Si@N-CNFs) that is prepared without PEG. The w-Si@N-CNFs anodes exhibit not only the enhanced Li-storage performances with a high capacity-retention of 66.0% without any drastic capacity fading after 150 cycles at a current density of 200 mA g<SUP>−1</SUP>, but also the notable rate performances with a reversible capacity of 1076.8 and 640.8 mA h g<SUP>−1</SUP> at current densities of 100 and 2000 mA g<SUP>−1</SUP>, respectively. These results demonstrate that the uniformly embedded Si nanoparticles enhance the electrochemical performances of the Si@carbon nanofibers, which is attributed to the well-dispersed Si nanoparticles surrounded by carbon layers without aggregation, resulted in leading to the formation of stable solid electrolyte interface layers and the alleviation of volume expansion of Si nanoparticles. This simple and cost-effective process is expected as a platform for development of anode materials based on nanoparticles-embedded CNFs nanocomposite along with electrospinning technique.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Si@N-doped carbon nanofibers are prepared via an electrospinning and carbonization. </LI> <LI> Polyethylene glycol prevents the aggregation of Si nanoparticles in nanofibers. </LI> <LI> Uniform Si nanoparticles-embedded carbon nanofibers lead to the enhance Li-storage. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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