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哈爾濱工程大學Zhuangjun Fan課題組–基于石墨烯帶狀混合網絡的高倍率、穩定性和質量負載的高級锂離子電池

為了優化锂離子電池(LIBs)的循環壽命和倍率性能,合成了直徑約2 nm的超細Fe2O3納米線,它們均勻地錨定在交聯的石墨烯帶狀網絡上。獨特的三維結構可有效提高電導率并促進離子擴散,尤其是橫面擴散。此外,與傳統石墨烯片材(Fe2O3/GS)相比,石墨烯帶上的Fe2O3納米線(Fe2O3/GR)易于獲取锂離子。另外,發達的彈性網絡不僅可以在重複循環過程中經曆急劇的體積膨脹,而且還可以保護體電極免受進一步的粉碎。結果,Fe2O3/GR雜化物表現出高倍率和長壽命的Li存儲性能(5 A/g時632 mAh/g,甚至在3000次循環後仍保持471 mAh/g的容量)。特别是在高質量負載(~4 mg cm-2)時,與Fe2O3/GS(37 mAh/g)相比,Fe2O3/GR仍可提供更高的可逆容量(即使在2 A/g時為223 mAh/g)。

Figure 1. Fe2O3納米線固定在GR上的合成過程示意圖,以及Fe2O3/GS和Fe2O3/GR的相應Li離子轉移途徑。

Figure 2. a,b)Fe2O30/GR的SEM圖像;c–e)Fe2O3/GR在不同放大倍數下的TEM圖像(插圖顯示了SAED模式圖像);f)碳、鐵和氧的相應元素映射圖像。

Figure 3. Fe2O3/GR和Fe2O3/GS的a)氮吸附/解吸等溫線、b)孔徑分布曲線、c)XRD圖譜和d)拉曼光譜;e)Fe2O3/GR的XPS光譜和相應的f)Fe 2p光譜。

Figure 4. a)Fe2O3/GR在0.1 mV/s時的CV曲線;b)Fe2O3/GR在0.1 A/g時的放電/充電曲線;c)Fe2O3、Fe2O3/GS和Fe2O3/GR的循環穩定性和d)倍率性能;e)在2 A/g下,Fe2O3/GR的循環壽命。

Figure 5. Fe2O3/GR的電化學動力學分析:a)在各種掃描速率下的CV曲線;b)logi與logv圖;c)Fe2O3、Fe2O3/GS和Fe2O3/GR的電容貢獻率;d)2 mV/s時Fe2O3/GR的相應電容貢獻。

Figure 6. a)Fe2O3/GR的超長循環壽命性能;b)将結果與已報道的基于Fe2O3的電極進行比較;c)在5 A/g下經過3000次循環後,Fe2O3/GR的TEM圖像。

相關研究成果于2019年由哈爾濱工程大學Zhuangjun Fan課題組,發表在Chem. Eur. J.(2019, 25, 5022 – 5027)上。原文:Advanced Li-Ion Batteries with High Rate, Stability, and Mass Loading Based on Graphene Ribbon Hybrid Networks。

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。

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