近年来，由于其独特的二维结构、良好的电子导电性和较高的理论容量，层状黑磷（BP）作为钠离子电池阳极材料受到了广泛的关注。但由于P原子利用率较低，在嵌钠/脱钠循环过程中产生较大的体积膨胀使得结构断裂，导致BP基复合材料的实际比容量低于预期。本论文研究了一种三元复合材料，包含BP，石墨和聚苯胺（BP-G / PANI）（BP质量大于65％）。该三元复合材料提供优化的离子通道（电解质→PANI→BP-G→BP），能降低电极的电荷转移电阻。此外，进一步的X射线吸收光谱测量表明，BP-G复合材料中石墨的存在能使BP深度钠化，实现较高的嵌钠/脱钠的可逆性；均匀涂覆的PANI在充放电过程中限制了BP电极的体积膨胀，保证了BP-G /PANI循环稳定性。该复合材料子在0.25 A g^-1下展现出1530 mA h g_compo^-1的高可逆比容量，并且在高电流密度4A g^-1下循环1000次后，容量保持仍有520 mA h g_compo^-1。

Figure 1.(a) BP-G和BP-G/PANI电极的钠化示意图。 BP-G /PANI和BP的(b) Raman图谱和(c) XRD图谱。BP-G/PANI的(d) TEM图和(e) HRTEM图。(f-i) BP-G/PANI元素分布图。

Figure 2. （a）BP和BP-G的P K边缘XAS光谱。（b）BP-G和（c）BP的非原位XAS P K边缘光谱。(d) BP-G/PANI电极和(e) BP-G电极的横断面SEM图。

Figure 3. BP-G/PANI的(a) 充放电曲线和(b)倍率性能。(c) BP、BP/PANI、BP- G、BP- G /PANI在0.5 A g^-1下的循环稳定性和库仑效率。(d) BP、BP-G、BP-G /PANI的Rct。(e) BP-G/PANI在4 A g^-1下的循环稳定性和库仑效率。

Figure 4. (a)100次循环后BP-G/PANI的TEM图。(b-g) HRTEM图像。(h-k)经过100次循环后的BP-G/PANI元素分布图。

相关研究成果于2019年由中国科学技术大学季恒星课题组，发表在ACS Appl. Mater. Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.9b04088）上。原文：Synergy of Black Phosphorus-Graphite-Polyaniline-Based Ternary Composites for Stable High Reversible Capacity Na-Ion Battery Anodes