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哈爾濱工業(yè)大學(xué)Yejun Qiu課題組--用于輕質(zhì)高能量鋰離子電池的石墨烯修飾聚合物柔性材料

為了徹底改變未來的電子和電動(dòng)汽車，需要高能量密度的輕質(zhì)電池，因此，一種能夠攜帶高能量的輕質(zhì)柔性材料是當(dāng)前的需要。在此，本文使用激光誘導(dǎo)的石墨烯泡沫(LIGF)，生長(zhǎng)在聚酰亞胺上，直接作為鋰離子電池的自無粘結(jié)陽(yáng)極材料。最終生長(zhǎng)在聚酰亞胺一側(cè)的LIGF上的電子遷移使其可以直接作為器件注入，為了證明這個(gè)概念，將使用了一個(gè)折疊的LIGF樣品作為陽(yáng)極。由于石墨化的改善，在400℃退火時(shí)，生長(zhǎng)的LIGF的初始面積容量從203 μAhcm^-2增加至280 μAhcm^-2。在0.1 mA cm^-1的電流密度下，100次循環(huán)后仍保持穩(wěn)定的倍率性能，平均庫(kù)侖效率為99%。電化學(xué)阻抗譜結(jié)果表明，樣品退火后起其電導(dǎo)率隨之增加，有利于在非導(dǎo)電聚合物一側(cè)上實(shí)現(xiàn)更快的電子流動(dòng)。本研究為未來基于LIGF的輕量鋰離子電池的發(fā)展鋪平了道路，同時(shí)也使可穿戴的柔性高能量密度存儲(chǔ)設(shè)備成為可能。

Fig. 1. (a)LIGF生長(zhǎng)示意圖，(b)LIGF的泡沫像形態(tài)，(C)直到450℃，聚酰亞胺穩(wěn)定。

Fig. 2. (a)聚酰亞胺剖面圖，(b)聚酰亞胺上生長(zhǎng)LIGF，(c)LIGF橫截面的元素映射，(d)LIGF的表面出現(xiàn)的溝和脊。

Fig. 3. (a)LIGF的拉曼圖，(b)LIGF的XPS圖，(c)LIGF的比表面積和孔徑分布(插圖)，(d)LIGF的XRD圖。

Fig. 4. (a)生長(zhǎng)LIGF的混合納米片和納米棒。生長(zhǎng) LIGF上的單個(gè)(b)薄片和(c)棒。(d)退火后的LIGF上混合納米片和納米棒。退火后單個(gè)(e)薄片和(e)棒。

Fig. 5. (a)在聚酰亞胺上的LIG，以及紐扣電池的組裝。(b)LIGF為陽(yáng)極，掃描速率為2 mVs^-1時(shí)LIB的CV曲線。(c)生長(zhǎng)的LIGF和退火后的LIGF在100 μAcm^-2下循環(huán)100次的性能和對(duì)應(yīng)的庫(kù)侖效率。(d)在C1，C2，C3，C4和C5處生長(zhǎng)的LIGF和退火樣品的倍率性能。(e)首次循環(huán)后，生長(zhǎng)和退火的LIGF的Nyquist圖。
相關(guān)研究成果于2019年由哈爾濱工業(yè)大學(xué)Yejun Qiu課題組，發(fā)表在Applied Materials Today (https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.08.003 )上。原文：Graphene decorated polymeric flexible materials for lightweight high areal energy lithium-ion batteries



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