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哈尔滨工程大学Zhuangjun Fan课题组–基于石墨烯带状混合网络的高倍率、稳定性和质量负载的高级锂离子电池

为了优化锂离子电池(LIBs)的循环寿命和倍率性能,合成了直径约2 nm的超细Fe2O3纳米线,它们均匀地锚定在交联的石墨烯带状网络上。独特的三维结构可有效提高电导率并促进离子扩散,尤其是横面扩散。此外,与传统石墨烯片材(Fe2O3/GS)相比,石墨烯带上的Fe2O3纳米线(Fe2O3/GR)易于获取锂离子。另外,发达的弹性网络不仅可以在重复循环过程中经历急剧的体积膨胀,而且还可以保护体电极免受进一步的粉碎。结果,Fe2O3/GR杂化物表现出高倍率和长寿命的Li存储性能(5 A/g时632 mAh/g,甚至在3000次循环后仍保持471 mAh/g的容量)。特别是在高质量负载(~4 mg cm-2)时,与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时为223 mAh/g)。

哈尔滨工程大学Zhuangjun Fan课题组--基于石墨烯带状混合网络的高倍率、稳定性和质量负载的高级锂离子电池

Figure 1. Fe2O3纳米线固定在GR上的合成过程示意图,以及Fe2O3/GS和Fe2O3/GR的相应Li离子转移途径。

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Figure 2. a,b)Fe2O30/GR的SEM图像;c–e)Fe2O3/GR在不同放大倍数下的TEM图像(插图显示了SAED模式图像);f)碳、铁和氧的相应元素映射图像。

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Figure 3. Fe2O3/GR和Fe2O3/GS的a)氮吸附/解吸等温线、b)孔径分布曲线、c)XRD图谱和d)拉曼光谱;e)Fe2O3/GR的XPS光谱和相应的f)Fe 2p光谱。

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Figure 4. a)Fe2O3/GR在0.1 mV/s时的CV曲线;b)Fe2O3/GR在0.1 A/g时的放电/充电曲线;c)Fe2O3、Fe2O3/GS和Fe2O3/GR的循环稳定性和d)倍率性能;e)在2 A/g下,Fe2O3/GR的循环寿命。

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Figure 5. Fe2O3/GR的电化学动力学分析:a)在各种扫描速率下的CV曲线;b)logi与logv图;c)Fe2O3、Fe2O3/GS和Fe2O3/GR的电容贡献率;d)2 mV/s时Fe2O3/GR的相应电容贡献。

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Figure 6. a)Fe2O3/GR的超长循环寿命性能;b)将结果与已报道的基于Fe2O3的电极进行比较;c)在5 A/g下经过3000次循环后,Fe2O3/GR的TEM图像。

相关研究成果于2019年由哈尔滨工程大学Zhuangjun Fan课题组,发表在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。

本文来自石墨烯杂志,本文观点不代表利特纳米立场,转载请联系原作者。

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