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【亚博app】快充电池新材料!浙大研发石墨烯微花电极材料

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亚博app下载链接|石墨烯具备低导电性、高比表面积、二维倒数结构等特性,可以有效地提升多种电化学储能材料的性能(如硅负级,锂过渡性金属氧化物负极,硫负极,锂金属负极及空气负极等)。但目前石墨烯在应用于电化学储能领域时仍有一些问题。如,化学气相沉积法可有效地制取较低缺失的单层石墨烯,但在材料的产量及成本掌控方面无法符合能源领域大规模应用于的市场需求;而化学挤压法及机械挤压法虽然在产量和成本上具备一定优势,但在石墨烯的质量方面有所缺乏,从而容许了石墨烯恩电极材料的电化学性能。

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因此,必须发展一种低成本可量产制取高质量石墨烯的新策略。为此,浙江大学高分子系由高超教授团队针对高质量石墨烯设计中的关键参数“缺失度、填充度、片层倒数度”,明确提出了一种可分析生产高质量石墨烯粉体的方法:以商业化的水解石墨烯溶液为原料,通过喷雾干燥-高温还原成两步法才可已完成高质量石墨烯微花的制取。用于商业化的水解石墨烯为原料不仅确保其便宜的成本和公斤级的生产能力,也确保了石墨烯微花在亚微米级尺寸的连续性。高温热还原成修缮了石墨烯原子晶格中的缺失,有效地提升了材料的电导率。

而石墨烯微花中的纳米级褶皱诱导了高温还原成带给的片层新的亚博app下载链接填充的效应,最后构成了平均值四层的寡层内乱填充石墨烯结构。与颗粒的多层AB填充石墨结构比起,这种寡层填充结构十分不利于电解质的增生和活性物质的均匀分布。与目前常用于提升石墨烯恩电极性能的杂原子掺入方法比起,该种无缺失石墨烯的制取方法在可控性和重复性上更加有优势。

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此外作为一种粉体材料,这种石墨烯微花可必要使用传统的商业化电极涂覆工艺,不利于将来的大规模电池组装。当应用于锂硫电池时,高质量的石墨烯微花-硫复合物的电化学性能远超过常用石墨烯-硫复合物,最低超过5.2mAhcm-2的面积比容量。

这是因为石墨烯晶格的修缮大幅提高了材料的电导率,从而更佳地充分发挥不导电的活性物质硫的容量。同时石墨烯微花中寡层填充的石墨烯片可有效地增进纳米级硫颗粒在石墨烯片上的均匀分布;其独有的褶皱结构可起着诱导聚硫离子沉淀的起到,从而有效地提升硫负极的容量及维持亲率。当用于铝离子电池的负极时,高质量的石墨烯微花粉末某种程度展现出出有出色的电化学性能,远超过同类石墨/石墨烯恩粉末及块体材料:在0.1-20Ag-1的电流密度下,负极比容量平稳保持在100mAhg-1左右;可在18秒内充满著电,循环5000次后没容量损失。

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这些出色的电化学性能皆归功于高质量石墨烯设计中的关键参数:无缺失的石墨烯晶格获取了更加多的活性位点和更高的电导率,寡层填充的石墨烯结构不利于电解液的增生和离子传输,而亚微米级二维倒数的石墨烯片减少了电极电阻。涉及研究工作已公开发表在AdvancedEnergyMaterials(DOI:10.1002/aenm.201700051)上。

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