石墨烯氣凝膠應用於高體積比能量鋰硫電池研究取得新進展

4月25日,記者瞭解到,我所二維材料與能源器件創新特區研究組(DNL21T3)吳忠帥研究員團隊發展瞭一種三維石墨烯/納米碳管多孔氣凝膠材料,並將其應用於鋰硫電池的硫單質載體和中間層一體化正極,獲得高體積能量密度和優異循環穩定性的鋰硫電池。相關研究成果發表在《納米能源》(Nano Energy)上。

石墨烯氣凝膠應用於高體積比能量鋰硫電池研究取得新進展

石墨烯的研究與應用開發持續升溫,石墨和石墨烯有關的材料廣泛應用在電池電極材料、半導體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒於石墨烯材料優異的性能及其潛在的應用價值,在化學、材料、物理、生物、環境、能源等眾多學科領域已取得瞭一系列重要進展。 研究者們致力於在不同領域嘗試不同方法以求制備高質量、大面積石墨烯材料。並通過對石墨烯制備工藝的不斷優化和改進,降低石墨烯制備成本使其優異的材料性能得到更廣泛的應用,並逐步走向產業化。

石墨烯氣凝膠應用於高體積比能量鋰硫電池研究取得新進展

石墨烯有望在諸多應用領域中成為新一代器件,為瞭探尋石墨烯更廣闊的應用領域,還需繼續尋求更為優異的石墨烯制備工藝,使其得到更好的應用。 石墨烯雖然從合成和證實存在到今天隻有短短十幾年的時間,但是已成為今年學者研究的熱點。其優異的光學、電學、力學、熱學性質促使研究人員不斷對其深入研究,隨著石墨烯的制備方法不斷被開發,石墨烯必將在不久的將來被更廣泛的應用到各領域中。

該研究團隊開發出一種三維石墨烯/碳納米管多孔氣凝膠材料,並同時將其應用於鋰硫電池的硫單質載體和中間層,成功構築出自支撐、無金屬集流體的一體化正極材料。該一體化正極材料具有高的壓實密度、優異導電性、良好的機械柔性,不僅實現瞭高的體積硫載量(1.64g/cm3),顯著提高瞭鋰硫電池的體積能量密度(1615Ah/L),而且有效地抑制瞭多硫化物穿梭的效應。在2C的大電流密度的條件下,電池能夠穩定循環500圈,且容量幾乎沒有衰減,表現出優異的循環穩定性。這種硫單質載體和中間層一體化正極結構的設計策略為構建高體積能量密度、長循環壽命的鋰硫電池提供瞭新的思路。

上述工作得到瞭國傢自然科學基金、國傢重點研發計劃等項目的資助。

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