石墨烯在鋰空氣電池中的應(yīng)用詳解
來源：寶鄂實業(yè)
2021-03-05 09:57
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石墨烯作為一種由石墨制備的新型碳質(zhì)材料，單層或者薄層石墨（2~10層的多層石墨烯）在化學電源里的應(yīng)用潛力也備受關(guān)注。
石墨烯是單層碳原子，上下表面均可以存儲鋰電子，本身可以作為鋰電子電池負極材料；同時由于石墨烯的優(yōu)異機械性能和導電性能，常用來與其他負極材料復(fù)合，以改善電極性能。
石墨烯基復(fù)合催化材料在鋰空氣電池中的應(yīng)用
目前，用于鋰離子電池負極材料的石墨烯基復(fù)合材料的研究也有很多，主要有金屬、金屬氧化物和碳納米管等與石墨烯的復(fù)合，大大提高了鋰電池的電化學性能和循環(huán)性能。
金屬氧化物類催化劑不僅能物理負載于石墨烯片上，也可以通過化學方法原位直接生長在石墨烯基底上。而后者更有利于催化性能的發(fā)揮。
原位生長通常采用GO作為前驅(qū)體，因帶負電的GO能夠與金屬陽離子發(fā)生較強的靜電相互作用，為其提供有效的吸附位點。通過后續(xù)的化學反應(yīng)或者熱退火過程，將金屬離子轉(zhuǎn)變成金屬氧化物的同時把GO還原，獲得石墨烯金屬氧化物復(fù)合材料。
另外，研究發(fā)現(xiàn)雜原子摻雜能夠有效提高石墨烯的導電率，并可引入結(jié)構(gòu)缺陷，因此雜原子摻雜石墨烯在鋰空氣電池中的應(yīng)用也極具研究價值。
石墨烯為純碳空氣電極在鋰空氣電池中的應(yīng)用
研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯片層邊緣或其結(jié)構(gòu)缺陷對OERs和析氫反應(yīng)（HERs）也展現(xiàn)出優(yōu)異的催化能力。同時由于其高比表面積，以及可以構(gòu)筑三維多孔結(jié)構(gòu)的特點，石墨烯具備成為高性能空氣電極的巨大潛力。
石墨烯為空氣電極時，放電后產(chǎn)物Li2O2或Li2O會沉積在石墨烯表面，阻止氧氣和電子的傳輸，而通過合適的孔結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效加以避免。
研究發(fā)現(xiàn)，使用比表面積為342.6m2/g的石墨烯作為空氣電極，不僅以其多孔結(jié)構(gòu)的特點提高了混合鋰空氣電池的放電容量，還因為在混合鋰空氣電池系統(tǒng)中產(chǎn)生的LiOH導致充電過程電勢降低；同時，石墨烯邊緣和缺陷的催化效果有效降低了過電勢。在使用石墨烯材料后，循環(huán)次數(shù)達到50次。
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