硅基材料作為鋰離子電池（LIBs）的負(fù)極具有巨大的潛力，但其商業(yè)應(yīng)用的工程設(shè)計(jì)被其膨脹和降解所限制。在這項(xiàng)研究中，利用煤中提取的腐殖酸(HA)作為石墨烯前驅(qū)體，合成了多孔三維(3D)石墨烯和微米級(jí)硅復(fù)合負(fù)極(Si@G 泡沫)。拉曼光譜證實(shí)了還原HA在原位形成石墨烯結(jié)構(gòu)。與商業(yè)導(dǎo)電碳相比，還原的HA (rHA)顯示出類似的導(dǎo)電性。SEM圖像描繪了煤衍生石墨烯的3D骨架，硅顆粒分布在3D石墨烯泡沫的內(nèi)表面。Si@G復(fù)合負(fù)極在電流密度為50 mA/g時(shí)表現(xiàn)出~656 mAh/g的可逆容量，在電流密度為800 mA/g時(shí)表現(xiàn)出~433 mAh/g的高速率能力，并且在300次循環(huán)后表現(xiàn)出出色的循環(huán)穩(wěn)定性-89.8%的容量保留，顯著高于其他泡沫結(jié)構(gòu)。在鋰化和去鋰化過(guò)程中，石墨烯泡沫作為電導(dǎo)體的基質(zhì)和硅的體積膨脹支撐。這種三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)將有助于開(kāi)發(fā)高性能鋰離子電池的先進(jìn)硅基負(fù)極。
圖1. Si@G泡沫的原理圖及材料合成工藝。
圖2. HA泡沫的(a)照片和在(b)500x和(c)1000x時(shí)的掃描電鏡圖像。
圖3. Si@G泡沫負(fù)極材料接地后的(a)SEM和(b) EDS映射圖像， Si@G的(c)XRD圖譜和(d)拉曼光譜。
圖4. (a)速率性能(從50 mA/g到800 mA/g)和(b)電流密度為400 mAh/g時(shí)Si@G泡沫和參考Si@G負(fù)極的循環(huán)壽命。
圖5. (a) Si@G泡沫(b)參考Si@G電極的循環(huán)伏安曲線。(c) Si@G泡沫(d)參考Si@G電極在電流密度為50 mA/g時(shí)的恒流鋰化和去鋰化曲線。
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圖6. Si@G泡沫和參考Si@G負(fù)極的EIS譜和等效電路擬合(a) CV循環(huán)前(b) CV循環(huán)后(c) EIS曲線對(duì)應(yīng)的等效電路圖。
相關(guān)研究成果由美國(guó)北達(dá)科他州大學(xué)能源研究所Xiaodong Hou等人于2022年發(fā)表在Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.141329)上。原文：Coal-derived graphene foam and micron-sized silicon composite anodes for lithium-ion batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
