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山東大學Xiaopeng Hao課題組于--完美匹配Silicon@3D石墨烯氣凝膠陽極和BCNNTs陰極改善鋰離子電容器能量密度
       這里,設計了石墨烯氣凝膠(GA)支撐的高容量硅(Si)納米顆粒3D導電框架,將其作為LIC陽極,可克服Si體積膨脹的問題,同時提高了相應的能量密度。更重要的是,主要的電容機制在于Si@GA陽極的嵌入過程中,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,構建了具有高能量密度的新型LIC。得益于陽極和陰極的高倍率特性,所設計得4.5 V Si@GA//BCNNTs LIC表現出出色的電化學性能,可提供最大的功率密度225 W kg-1,此時能量密度為197.3 W h kg-1。該研究策略可能會解決一些材料得體積膨脹問題,從而更好應用于贗電容高倍率特性器件。
 
 
Figure 1. Si@GA-2陽極和BCNNTs陰極的形貌表征。(a)制備Si@GA陽極的示意圖。(b)Si@GA-2陽極的SEM圖。(c-d)Si@GA-2陽極的EDX元素映射圖像。(e-f)Si@GA-2陽極的高放大倍率SEM圖和TEM圖像。(g-h)BCNNTs陰極的SEM圖像和TEM圖像。
 
  Figure 2. 所得電極的結構表征。(a)XRD圖,(b)拉曼光譜。(c)Si@GA-2陽極中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陽極和BCNNTs陰極的電化學性能。(a)不同電極的循環性能,及(b)倍率性質。(c)BCNNT和CNNT的循環性能。(d)BCNNT和CNNT陰極的倍率特性。
 
 
Figure 4. 半電池陽極和陰極的動力學表征。包括陽極和陰極峰電流的b值,總貢獻以及電容貢獻,在不同速率下電容貢獻的比例等。
 
        該研究工作由山東大學Xiaopeng Hao課題組于2020年發表在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。

轉自《石墨烯雜志》公眾號


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