三维导电网络一体化电极的“傻瓜式”制备方法

一体化电极是指不使用粘结剂、活性材料与集流体紧密接触、能直接用于能源存储与转化的电极。这类电极通常有开放的骨架结构、无电化学惰性粘结剂附着、活性材料不易脱落等特点,使得一体化电极有高稳定结构,大比表面积、丰富的电化学活性位点等优势,电极电化学性能也常表现出优于常规方法制备的电极,已被广泛应用在锂/钠离子电池、超级电容器、金属-空气电池、电催化析氢等能源存储与转化的装置。

目前一体化电极构筑方法主要有化学沉积法、气相沉积法等。这些电极的活性材料多样性和形貌多样性通常受到所选基底的限制,得到的电极也常常缺乏导电网络或者后续的导电网络构筑方法比较复杂,较难得到大面积的一体化电极。

Untitled针对这些问题,南开大学焦丽芳课题组以锰基氧化物一体化电极为例,提出使用粘性碳基化合物将活性材料固定在集流体表面,然后在惰性气氛中碳化得到有三维导电网的一体化电极的新思路。这种方法可实现大面积制备,不受所选集流体的限制。粘性碳基化合物的碳化产物将活性材料包裹并将其固定在集流体表面。活性物质颗粒与活性物质颗粒之间,活性物质颗粒与集流体之间均有碳化产物连接并作为电子传导的有效载体,提供活性物质在能源存储与转化过程中电子转移的媒介。同时,在碳化过程中,粘性碳基化合物会产生气体,体积收缩,产生大量的孔洞结构,这些孔洞方便电解液的浸润与流动,提供了离子传输的通道。因而,利用这种思路制备的一体化电极能同时高效转移电子和离子,无需其他添加剂的帮助就能实现电化学反应的快速发生和完成。相关结果发表在Advanced Materials Technologies (DOI: 10.1002/admt.201600221)上.

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