石墨烯用作鋰電池的正極材料會(huì)對(duì)電池性能有什么幫助？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-21 08:33
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在優(yōu)化了石墨烯含量之后，該團(tuán)隊(duì)將20wt.%石墨烯絲材用于3D打印測(cè)試陽(yáng)極，以獲得更多的物理化學(xué)表征。他們還完成了對(duì)陽(yáng)極的拉曼分析，以及XPS分析；后者涉及“在C1s和O1s光電子峰上”進(jìn)行高分辨率掃描，這種掃描形狀寬廣而奇特。分分析表明，與石墨烯/聚乳酸樣品相比，聚乳酸有兩種形式，大致相同的水平。
“總而言之，XPS分析顯示，石墨烯/聚乳酸絲材內(nèi)的大量石墨烯完全分散在聚乳酸中，在整個(gè)樣品中形成導(dǎo)電通路，從而證實(shí)了上述電化學(xué)和物理化學(xué)特征。”研究人員寫(xiě)道。
典型石墨烯3DA與氫氧化鈉（NaOH）前后化學(xué)處理的SEM圖像顯示其各自的電池充電、放電曲線。用于測(cè)試陽(yáng)極的裝置比傳統(tǒng)的電池更簡(jiǎn)單，因?yàn)椴恍枰~集電器。
最后，該團(tuán)隊(duì)評(píng)估了鋰離子電池設(shè)置中3DAs的能量能力，發(fā)現(xiàn)石墨烯3DAs具有相對(duì)較低的電化學(xué)響應(yīng)。為了進(jìn)一步了解，他們分析了石墨烯3DA的形貌，表明其表面沒(méi)有良好的孔隙度來(lái)潤(rùn)濕電解質(zhì)。通過(guò)向3DAs引入簡(jiǎn)單的化學(xué)預(yù)處理氫氧化鈉（NaOH）達(dá)24小時(shí)，研究人員能夠誘導(dǎo)孔隙度并克服這一限制。
為了進(jìn)一步了解，他們使用X射線衍射分析了這種預(yù)處理前后石墨烯/PLA的電池晶體結(jié)構(gòu)，解釋了SEM圖像和XRD圖譜顯示材料沒(méi)有失去其3D結(jié)構(gòu)，“但現(xiàn)在提供了良好的電化行為/性能。”
“我們建議將石墨烯納入3DA中，其電化學(xué)行為主要類(lèi)似于石墨烯，并且復(fù)合材料中增加的石墨烯納米片的表面積提供了改進(jìn)的能量輸出。”研究人員說(shuō)，“本文的結(jié)果通過(guò)使用可裁剪的石墨烯/聚乳酸絲材增強(qiáng)了增材制造/3D打印石墨烯基儲(chǔ)能裝置的領(lǐng)域，并且對(duì)3D打印陽(yáng)極進(jìn)行簡(jiǎn)單的化學(xué)處理，可使其內(nèi)部增加200倍比容量（陽(yáng)極穩(wěn)定后）。”
該團(tuán)隊(duì)確定3D打印的獨(dú)立式陽(yáng)極具有20wt.%石墨烯含量具有最有效的3D可打印性和導(dǎo)電性。
“這里給出的結(jié)果顯著增強(qiáng)了增材制造/3D打印石墨烯基能量存儲(chǔ)設(shè)備領(lǐng)域，證明可以實(shí)現(xiàn)有用的3D打印電池。”該論文總結(jié)道。
“總而言之，XPS分析顯示，石墨烯/聚乳酸絲材內(nèi)的大量石墨烯完全分散在聚乳酸中，在整個(gè)樣品中形成導(dǎo)電通路，從而證實(shí)了上述電化學(xué)和物理化學(xué)特征。”研究人員寫(xiě)道。
典型石墨烯3DA與氫氧化鈉（NaOH）前后化學(xué)處理的SEM圖像顯示其各自的電池充電、放電曲線。用于測(cè)試陽(yáng)極的裝置比傳統(tǒng)的電池更簡(jiǎn)單，因?yàn)椴恍枰~集電器。
最后，該團(tuán)隊(duì)評(píng)估了鋰離子電池設(shè)置中3DAs的能量能力，發(fā)現(xiàn)石墨烯3DAs具有相對(duì)較低的電化學(xué)響應(yīng)。為了進(jìn)一步了解，他們分析了石墨烯3DA的形貌，表明其表面沒(méi)有良好的孔隙度來(lái)潤(rùn)濕電解質(zhì)。通過(guò)向3DAs引入簡(jiǎn)單的化學(xué)預(yù)處理氫氧化鈉（NaOH）達(dá)24小時(shí)，研究人員能夠誘導(dǎo)孔隙度并克服這一限制。
為了進(jìn)一步了解，他們使用X射線衍射分析了這種預(yù)處理前后石墨烯/PLA的電池晶體結(jié)構(gòu)，解釋了SEM圖像和XRD圖譜顯示材料沒(méi)有失去其3D結(jié)構(gòu)，“但現(xiàn)在提供了良好的電化行為/性能。”
“我們建議將石墨烯納入3DA中，其電化學(xué)行為主要類(lèi)似于石墨烯，并且復(fù)合材料中增加的石墨烯納米片的表面積提供了改進(jìn)的能量輸出。”研究人員說(shuō)，“本文的結(jié)果通過(guò)使用可裁剪的石墨烯/聚乳酸絲材增強(qiáng)了增材制造/3D打印石墨烯基儲(chǔ)能裝置的領(lǐng)域，并且對(duì)3D打印陽(yáng)極進(jìn)行簡(jiǎn)單的化學(xué)處理，可使其內(nèi)部增加200倍比容量（陽(yáng)極穩(wěn)定后）。”
該團(tuán)隊(duì)確定3D打印的獨(dú)立式陽(yáng)極具有20wt.%石墨烯含量具有最有效的3D可打印性和導(dǎo)電性。
“這里給出的結(jié)果顯著增強(qiáng)了增材制造/3D打印石墨烯基能量存儲(chǔ)設(shè)備領(lǐng)域，證明可以實(shí)現(xiàn)有用的3D打印電池。”該論文總結(jié)道。
