鋰（Li）離子電池在低溫條件下的能量和功率性能會(huì)顯著降低，這主要是由于鋰離子在石墨負(fù)極中的緩慢擴(kuò)散所致。在此證明，通過從層狀石墨過渡到3D皺紋石墨烯（CG）來有效利用表面控制的電荷存儲(chǔ)機(jī)制，可以顯著改善低溫條件下的鋰離子電荷存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過一步氣霧干燥工藝，制備的結(jié)構(gòu)受控的CG負(fù)極通過在室溫下以10 A g
–1的高電流密度提供≈206mAh g
–1時(shí)，顯示出顯著的倍率能力。在−40°C的極低溫度下，CG負(fù)極在0.01 A g
–1時(shí)仍表現(xiàn)出≈154 mAh g
–1的高容量、具有出色的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。電化學(xué)研究與密度泛函理論（DFT）的結(jié)合，表明CG負(fù)極的卓越性能源于在各種缺陷部位的表面控制電荷存儲(chǔ)機(jī)制。這項(xiàng)研究建立了通過結(jié)構(gòu)控制的石墨烯有效利用表面控制的電荷存儲(chǔ)機(jī)制，作為提高低溫條件下電荷存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性的一種有前途的策略。
Figure 1. a）CG-1000在低倍率下的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（插圖：高倍率）。b）CG-1000的透射電子顯微鏡（TEM）圖像。c）石墨烯片重新堆疊的CG-1000脊的HRTEM圖像。d）CG-1000的TEM圖像，帶有相應(yīng)的選定區(qū)域電子衍射（SAED）圖案。
Figure 2. a）CG-250和CG-1000的初始恒電流充放電（GCD）曲線。電流密度為b）0.1 A g
-1和c）0.5 A g
-1時(shí)CG-250、CG-500、CG-800和CG-1000的GCD曲線。d）CG-250、CG-500、CG-800和CG-1000的速率相關(guān)容量。e）相對(duì)于沒有電位保持的Li/Li
+，CG-1000在0.1 A g
-1下的循環(huán)穩(wěn)定性。f）CG-1000的相應(yīng)GCD圖。
Figure 3. a）在0.01 A g
-1下，CG-1000的溫度依賴性GCD曲線。b）CG-1000對(duì)應(yīng)于溫度的可逆容量。c）比較在0.01 A g
–1下石墨和CG-1000負(fù)極的溫度相關(guān)容量。d）CG-1000在−40°C時(shí)的倍率性能。e）CG-1000在−40°C下的循環(huán)穩(wěn)定性。f）CG-1000的相應(yīng)GCD曲線。
Figure 4. a）CG-1000在20°C下的循環(huán)伏安（CV）掃描。b）在20°C下，CG-1000在不同電勢(shì)下的對(duì)數(shù)電流與對(duì)數(shù)掃描速率。在c）0.2 mV s
-1和d）1 mV s
-1的情況下，對(duì)CG-1000進(jìn)行CV掃描。陰影區(qū)域表示表面電容貢獻(xiàn)。e）CG-1000不同溫度線下的CV掃描。f）在0.2 V下，在不同溫度下，CG-1000的對(duì)數(shù)電流與對(duì)數(shù)掃描速率的比較
相關(guān)研究成果于2021年由佐治亞理工學(xué)院Seung Woo Lee課題組，發(fā)表在Adv. Funct. Mater.（DOI: 10.1002/adfm.202009397）上。原文：Outstanding Low-Temperature Performance of StructureControlled Graphene Anode Based on Surface-Controlled Charge Storage Mechanism。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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