余桂華團隊提出制備石墨烯基雙框架儲鋰負極材料新策略
發布時間:2019-09-20 來源:科技導報     分享到:

[導讀] 德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華團隊提出一種雙網絡凝膠還原策略,將框架結構合金負極材料與三維石墨烯相結合,形成物理交聯與化學鍵合一體化的雙框架材料,該石墨烯基雙框架材料也因此表現出快速且穩定的儲鋰行為。

   德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華團隊提出一種雙網絡凝膠還原策略,將框架結構合金負極材料與三維石墨烯相結合,形成物理交聯與化學鍵合一體化的雙框架材料,該石墨烯基雙框架材料也因此表現出快速且穩定的儲鋰行為。 

三維石墨烯正逐漸成為一種理想的復合介質用于提升電化學活性材料的儲能和電催化性能。然而,在儲鋰應用上,復合物中的負極材料多以相互游離的納米顆粒形式存在且僅僅物理依附于石墨烯表面,因而容易從石墨烯脫落、團聚進而導致容量衰減。

 

研究進展

德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華團隊提出一種雙網絡凝膠還原策略,制備出物理交聯且化學鍵合的一體化石墨烯基雙框架材料用于高性能鋰離子電池負極。以錫基合金負極材料為例,首先構建出由氧化石墨烯凝膠和氰基橋聯(Sn–N≡C–Ni)配位聚合物凝膠(錫鎳氰膠)組成的一體化雙網絡凝膠,進一步還原該凝膠可制得由Sn–Ni合金框架和三維石墨烯相互交織的Sn–Ni/G雙框架材料(圖1)。

圖1  Sn–Ni/G雙框架材料的合成示意圖

 

其中,Sn–Ni合金框架與三維石墨烯高度均勻分布,且無定形合金表面氧化物組分有利于兩者之間形成強烈的Sn–O–C鍵,進一步增強儲能應用中的協同作用(圖2)。

 

圖2  Sn–Ni/G雙框架材料的形貌、組成和結構表征

 

作為鋰離子電池負極,雙框架結構具有優異的穩定性和混合離子傳輸通道,同時,界面Sn–O–C鍵進一步穩定結構并加速電荷傳輸,因此,該Sn–Ni/G雙框架材料表現出了良好的循環穩定性和倍率特性(圖3)。在0.1 A/g的充放電速率下經過200次循環,其可逆比容量高達701 mAh/g;在1 A/g的大速率下,其平均比容量仍高達497 mAh/g。

圖3 Sn–Ni/G雙框架材料的電化學性能





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