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山東大學(xué)Xiaopeng Hao課題組于--完美匹配Silicon@3D石墨烯氣凝膠陽(yáng)極和BCNNTs陰極改善鋰離子電容器能量密度

這里，設(shè)計(jì)了石墨烯氣凝膠（GA）支撐的高容量硅（Si）納米顆粒3D導(dǎo)電框架，將其作為L(zhǎng)IC陽(yáng)極，可克服Si體積膨脹的問(wèn)題，同時(shí)提高了相應(yīng)的能量密度。更重要的是，主要的電容機(jī)制在于Si@GA陽(yáng)極的嵌入過(guò)程中，這使其具有快速的充放電能力。所以為了匹配高容量陽(yáng)極，將具有高倍率特性電容行為和高容量的碳氮化硼納米管（BCNNT）作為陰極，構(gòu)建了具有高能量密度的新型LIC。得益于陽(yáng)極和陰極的高倍率特性，所設(shè)計(jì)得4.5 V Si@GA//BCNNTs LIC表現(xiàn)出出色的電化學(xué)性能，可提供最大的功率密度225 W kg-1，此時(shí)能量密度為197.3 W h kg-1。該研究策略可能會(huì)解決一些材料得體積膨脹問(wèn)題，從而更好應(yīng)用于贗電容高倍率特性器件。

Figure 1. Si@GA-2陽(yáng)極和BCNNTs陰極的形貌表征。（a）制備Si@GA陽(yáng)極的示意圖。（b）Si@GA-2陽(yáng)極的SEM圖。（c-d）Si@GA-2陽(yáng)極的EDX元素映射圖像。（e-f）Si@GA-2陽(yáng)極的高放大倍率SEM圖和TEM圖像。（g-h）BCNNTs陰極的SEM圖像和TEM圖像。

Figure 2. 所得電極的結(jié)構(gòu)表征。（a）XRD圖，（b）拉曼光譜。（c）Si@GA-2陽(yáng)極中Si的高分辨率Si 2p XPS光譜，（d）BCNNTs陰極中B 1s，（e）C 1s，（f）N 1s XPS光譜。

Figure 3. 半電池中Si@GA陽(yáng)極和BCNNTs陰極的電化學(xué)性能。（a）不同電極的循環(huán)性能，及（b）倍率性質(zhì)。（c）BCNNT和CNNT的循環(huán)性能。（d）BCNNT和CNNT陰極的倍率特性。

Figure 4. 半電池陽(yáng)極和陰極的動(dòng)力學(xué)表征。包括陽(yáng)極和陰極峰電流的b值，總貢獻(xiàn)以及電容貢獻(xiàn)，在不同速率下電容貢獻(xiàn)的比例等。

該研究工作由山東大學(xué)Xiaopeng Hao課題組于2020年發(fā)表在J. Mater. Chem. A期刊上。原文：Lithium-ion capacitor with improved energy density via perfect matching silicon@3D graphene aerogel anode and BCNNTs cathode。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)



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