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格羅寧根大學(xué)Yutao Pei課題組--三維微米多孔石墨烯泡沫作為輕質(zhì)集電器用于鋰硫電池
       本文報(bào)道了一種三維(3D)隨機(jī)雙連續(xù)微米孔石墨烯泡沫(3DMPGF),它被開發(fā)為鋰硫電池硫正極的輕質(zhì)無粘結(jié)劑集電器。3D-MPGF是通過一種簡便的方法合成的,該工藝最初通過金屬鹽的還原和石墨烯的化學(xué)氣相沉積(CVD)生長來結(jié)合多孔材料的合成。3D-MPGF呈現(xiàn)出微米級多孔結(jié)構(gòu),具有相互連接的管狀孔和非管狀孔,尺寸從數(shù)百納米到幾微米。通過調(diào)整CVD時(shí)間,可以將石墨烯壁的厚度從幾個(gè)原子層調(diào)整到十個(gè)層。拉曼結(jié)果證明3D-MPGF具有高結(jié)晶度。3D-MPGF歸因于低密度和高質(zhì)量,可以用作有前途的輕質(zhì)無粘結(jié)劑集電器。裝載有2.5 mg cm-2S的3D-MPGF表現(xiàn)出844 mAh/g的超高初始容量,并且在0.1C(167 mA/g)下,經(jīng)過50次循環(huán)后保持在400 mAh/g。隨著S負(fù)載的增加,電極呈現(xiàn)出更高的面容量。當(dāng)S的負(fù)載為13 mg cm-2時(shí),在0.1C下50次循環(huán)后,3D-MPGF/S的面積容量達(dá)到5.9 mAh cm-2。3D微米多孔石墨烯泡沫的使用證明了質(zhì)量容量密度顯著提高,這不僅可以用于電池,而且可以用于其他儲能設(shè)備。
 
Figure 1. 由金屬鹽前體合成微米孔石墨烯泡沫的示意圖
 

Figure 2. SEM:(a)用石墨烯涂覆的微米孔Ni泡沫模板和(b)蝕刻掉帶有指示管狀孔的多孔Ni模板之后;微米級多孔石墨烯泡沫的(c)HR-TEM顯微照片和(d)SAED
 

Figure 3. 1000℃下,合成5分鐘和15分鐘的微米孔石墨烯泡沫的(a,b)TEM圖像;(c,d)HR-TEM顯微照片
 

Figure 4. (a)具有2.5 mg cm-2 S的3D-MPGF-S電極的SEM圖像;(b-d)碳和硫的EDS圖,以及覆蓋圖;(e)7 mg cm-2 S和(f)13 mg cm-2 S的3D-MPGF-S電極的SEM圖
 

Figure 5. (a)具有不同硫載量的3D-MPGF-S電極的恒電流充放電曲線;(b)不同硫含量的3DMPGF-S電極的初始放電曲線的QH、QL和QL與QH之比;(c)在0.1C(167 mA/g)下具有不同硫負(fù)載的3D-MPGF-S電極的循環(huán)性能;(d)奈奎斯特圖

  
Figure 6. (a)根據(jù)電極的總重量計(jì)算的比容量;(b)將3D-MPGF/S電極與涂覆在不同硫含量(70-90 wt%)和硫負(fù)載(0-15 mg cm-2)的Al CC上的炭黑-S復(fù)合材料的理論比容量進(jìn)行比較;(c)不同硫負(fù)載的3D-MPGF-S電極的面容量
 
      相關(guān)研究成果于2019年由格羅寧根大學(xué)Yutao Pei課題組,發(fā)表在Carbon(2019, 144, 713-723)上。原文:Three-dimensional micron-porous graphene foams for lightweight current collectors of lithium-sulfur batteries。
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