具有优异循环稳定性的石墨烯负载超薄钴酸锌纳米片负极材料

石墨烯负载金属氧化物或硫化物纳米复合材料作为锂离子电池、超级电容器、锂空气电池等电化学储能设备的电极材料,可显著提高电极材料的电荷/离子传输能力,进而提升电极材料的循环稳定性。然而目前所报道的石墨烯表面所负载的金属氧化物或硫化物,主要以精细纳米颗粒的形貌存在,比表面积相对较低,与锂离子的反应活性点相对较少,比容量较低。研制具有介孔或微孔的超薄金属氧化物或硫化物纳米片并直立于高导电的石墨烯表面,可显著提高电极材料的比容量和循环性能。

西安交通大学理学院高国新博士、丁书江教授和新加坡南洋理工大学的Xiong Wen (David) Lou教授针对这一问题深入研究了石墨烯负载超薄钴酸镍纳米片的合成方法:通过控制柠檬酸钠的用量实现对石墨烯表面负载钴酸锌纳米结构的可控调节,优化后的超薄钴酸锌介孔纳米片均匀直立于石墨烯表面,这将显著提升电极材料的比表面积和与锂离子的反应活性。相关结果发表在Advanced Science上。

具有超高比表面积的尖晶石型钴酸锌纳米材料被广泛应用于锂离子电池、超级电容器、锂空气电池等电化学能量储存装置中,这些应用都跟离子/电荷在钴酸锌晶格内的传输能力有关,将超薄钴酸锌介孔纳米片直立生长在高导电的石墨烯表面,借助石墨烯的高导电特性提高离子/电荷在电极材料内的传输能力从而提高他们的锂电循环性能和比容量。该研究团队利用柠檬酸钠基团的诱导效应成功将超薄钴酸锌介孔纳米片负载在石墨烯表面,从而显著提升了电极材料的比表面积和导电性。这种柠檬酸钠辅助的石墨烯负载钴酸锌纳米片杂化材料的方法有望扩展到其它纳米片材料中,为高性能的能量储存设备提供理想的电极材料。Untitled