産業資訊 / Industry

香港理工大學Liang An課題組–三維石墨烯基材料的研究進展

近年來,由未堆疊的二維(2D)石墨烯片作為構建模塊組成的三維(3D)石墨烯材料已被廣泛報道。已經采用各種合成方法來制備具有不同3D結構的石墨烯材料,其在諸如能量和環境技術的廣泛應用中顯示出潛力。特别地,近年來經常報道3D石墨烯材料在基于金屬(Li、Na、K、Mg、Al)-離子電池(MIB)系統中的應用。然而,3D石墨烯材料在MIB系統中的關鍵作用尚未得到全面讨論。在此,我們首先總結3D石墨烯材料的結構和制備。其次,我們說明了石墨烯層中金屬離子的存儲機制,即嵌入和吸附。第三,我們強調了3D石墨烯架構作為MIB應用中支撐和封裝材料的優越功能。最後,我們讨論了MIB系統中各種3D石墨烯架構的優缺點。我們的目标是全面了解3D石墨烯材料,并指導未來MIB設計的方向。

Figure 1. (a)皺折石墨烯球的結構和制備示意圖;(b-d)由不同GO濃度制備的褶皺石墨烯球的SEM圖;(e-g)分别為(b-d)的高倍放大SEM圖。

Figure 2. (a)通過微爆炸方法制備石墨烯渦卷的示意圖;(b-e)不同放大率下石墨烯的TEM圖。

Figure 3. (a)碳納米纖維的低倍放大SEM圖;(b)具有表面石墨烯片的碳納米纖維的高倍放大SEM圖像;(c和d)具有表面石墨烯片的碳納米纖維的TEM圖像;(e)制備石墨烯纖維的方案;(f)具有表面石墨烯片的碳納米纖維的SEM圖像;(g和h)生長4小時,甲烷濃度為11.1%的石墨烯纖維的SEM圖像;(i和j)生長10小時,甲烷濃度為11.1%的石墨烯纖維的SEM圖像;(k)石墨烯纖維膜的光學圖像。

Figure 4. (a)3D石墨烯籠合成的方案說明;(b)石墨烯包封Si微粒的TEM圖像;(c)顯示石墨烯籠分層結構的HRTEM圖像;(d)去除Si微粒後的中空石墨烯籠;(e)構建具有最佳空隙空間石墨烯籠的示意圖;(f)重量比21%硫包覆SnO2@石墨烯的TEM圖像;(g)粗略制備用于比較的SnO2@graphene的TEM圖像。

Figure 5. (a)電壓窗口在0.3和0.001 V之間(相對于Li/Li+),幾層石墨烯的放電曲線;(b)電壓窗口在0.3和0.001 V之間(相對于Li/Li+),石墨的放電曲線;(c和d)幾層石墨烯的陰極和陽極CV掃描,log(i)對log(v)計算的斜率值;(e)表面控制過程和擴散控制過程的貢獻;(f)随着Li濃度增加,锂離子在石墨烯表面上的分布示意圖。

Figure 6. (a)在0-2 V的電壓窗口中,第一次放電/充電期間收集的原位XRD圖案,電流密度為0.05 C;(b)C 1s光譜的非原位XPS;(c)Na 1s光譜的非原位XPS;(d)石墨烯基面中不同類型的缺陷部位;(e)具有鈉離子的給定缺陷部位的化學吸附能量的DFT計算數據;(f)放電前樣品的HRTEM圖像;(g)放電至0.005 V後樣品的HRTEM圖像。

Figure 7. (a)柔性的LTO/LFP/GF全電池的倍率性能;(b)10 C下,LTO/LFP/GF全電池的循環性能;(c)GB塗覆在NCM上的示意圖;(d和f)原始NCM的SEM圖像;(e和g)石墨烯球塗覆後NCM的SEM圖像;(h和i)石墨烯層位于LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2的初級顆粒之間或塗覆在其上;(j)在60 C、25 C、5 C下,GB-NCM/GB全電池的循環壽命。

Figure 7. (a)Na3V2(PO4)3的晶體結構;(b-e)3D石墨烯/C/NVP複合材料的SEM圖像和TEM圖像;(f和g)在10 C和40 C下,3D石墨烯/C/NVP複合材料的鈉儲存性質;(h)Na7V4(P2O7)4(PO4)的晶體結構;(i和j)3D石墨烯/C/Na7V4(P2O7)4(PO4)複合物的SEM圖像和TEM圖像;(k和l)3D石墨烯/C/ Na7V4(P2O7)4(PO4)複合物的鈉儲存性質。

相關研究成果于2019年由香港理工大學Liang An課題組,發表在Energy Environ. Sci.(DOI: 10.1039/c8ee03014f)上。原文:Advances in three-dimensional graphene-based materials: configurations, preparation and application in secondary metal (Li, Na, K, Mg, Al)-ion batteries。

本文來自石墨烯雜志,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

相關文章

免费观看在线污污的视频,免费视频在线观看