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近日,中國科學(xué)院馬衍偉團隊開發(fā)出一種具有多級次微觀結(jié)構(gòu)的新型石墨烯-多孔碳球復(fù)合納米材料。該碳復(fù)合材料兼具石墨烯納米片和多孔碳納米球的優(yōu)點,具有3182 m2/g的超高比表面積和1.93 cm3/g的大孔隙率。采用該碳納米材料,制備出了高性能鋰硫電池正極。
從微觀結(jié)構(gòu)來看,這種碳復(fù)合材料以石墨烯納米片作為骨架,表面分散附著直徑約為200nm的碳球,其內(nèi)部含有主要為1-3nm的多級次介微納米多孔結(jié)構(gòu),共同構(gòu)成多級次的碳-碳復(fù)合納米結(jié)構(gòu)(如下圖1所示)。
圖1 基于石墨烯多級次復(fù)合材料的碳硫正極結(jié)構(gòu)示意圖以及電化學(xué)性能
由于超高的比表面積和孔隙率,制備的碳硫復(fù)合正極即使在大的硫負(fù)載率(74.5%)下,仍可發(fā)揮1250 mAh/g的比容量(0.2 C)。循環(huán)充放電100次后,仍可保持916 mAh/g的比容量。在2C電流下循環(huán)充放電450次,容量保持率約為98%。這表明該研究提出的零維&二維多級次復(fù)合納米結(jié)構(gòu)設(shè)計,發(fā)揮了石墨烯和多孔碳球的協(xié)同效應(yīng),有效地分散、限域硫正極,提高了電化學(xué)活性、避免了硫的穿梭效應(yīng),為開發(fā)高容量、長循環(huán)性能鋰硫電池以及其它儲能器件提供了新的思路。
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