結(jié)合了電池式高容量和電容器式高倍率性能的先進(jìn)材料為實(shí)現(xiàn)高能量和高功率密度的鋰離子電池提供了希望。然而，由于表面或近表面快速法拉第表面氧化還原反應(yīng)高度依賴(lài)于特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高容量NiO陽(yáng)極的電容行為很少被報(bào)道。在此基礎(chǔ)上，制備了錨定在三維多孔氮摻雜碳泡沫上包覆NiO納米片陣列的石墨烯柔性電極(rGO@NiO-NCF)。rGO@NiO-NCF復(fù)合材料具有獨(dú)特的三明治結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)電支架為3D多孔NCF，中間層為超薄NiO納米片陣列，外導(dǎo)電緩沖層為rGO。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使rGO@NiO-NCF的電導(dǎo)率提高，電解液滲透充分，體積變化受限。因此，rGO@NiO-NCF電極提供較高的可逆容量(在0.1 A g
-1時(shí)為1583 mAh g
-1)和優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性(在1 A g
-1時(shí)500次循環(huán)后保持607 mAh g
-1)。此外，增強(qiáng)的表面電容促進(jìn)了快速充電和慢放電性能。這些結(jié)果表明，合理的材料設(shè)計(jì)促進(jìn)了贗電容效應(yīng)，使NiO電池有更實(shí)際的應(yīng)用。
圖1. NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的合成工藝示意圖。
圖2. NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的(a)XRD圖譜，(b)Raman光譜，(c)XPS測(cè)量譜圖，rGO@NiO-NCF的(d)Ni 2p和(e) N 1 s XPS譜圖，Ni-NCF和rGO@NiO-NCF的(f)TG曲線(xiàn)。
圖3. (a-c) NCF、(d-f) NiO-NCF和(g-i) rGO@NiO-NCF的SEM照片。
圖4. (a)氮吸附等值線(xiàn)和(b) NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的QSDFT孔徑分布。
圖5. rGO@NiO-NCF的(a)CV曲線(xiàn)和(b)恒流充放電曲線(xiàn)，(c)在不同電流密度時(shí)NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的倍率性能。(d)rGO@NiO-NCF在不同電流密度時(shí)的快速充電和慢放電性能，(e)rGO@NiO -NCF在1A g
-1的電流密度時(shí)的長(zhǎng)期循環(huán)性能。
圖6. NiO-NCF和rGO@NiO-NCF 的(a)Nyquist圖和(b)σ計(jì)算圖表, (c)不同掃描速度時(shí)的CV曲線(xiàn),(d) 陰極和陽(yáng)極掃描的b-值計(jì)算圖,(e) 0.6 mV s
-1時(shí)的贗電容貢獻(xiàn)和(f) rGO@NiO-NCF在不同掃描速度時(shí)的贗電容貢獻(xiàn)率。
相關(guān)研究成果由中國(guó)民航飛行大學(xué)民用航空安全工程學(xué)院，民機(jī)火災(zāi)科學(xué)與安全工程四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、四川大學(xué)高分子研究所，高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Ju Fu等人于2022年發(fā)表在Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.139875)上。原文：Tunable surface pseudocapacitance assisted fast and flexible lithium storage of graphene wrapped NiO nano-arrays on nitrogen-doped carbon foams。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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