Small Methods: 铅笔绘制石墨纳米片用于高性能铝电池

铝电池具有理论容量高(2980 mAh g-1)、原料储量丰富及安全性能高等优势,被认为是新一代潜在储能器件。目前铝电池的性能主要受限于正极材料,存在容量低、循环稳定性差及电极制备过程复杂等问题。选择合适的正极材料是解决上述问题的关键,其中,石墨基正极材料展现出优异的容量和循环稳定性。有研究表明高性能碳基正极材料需要同时具备石墨化程度高、导电性高、机械强度高及离子扩散速率快等特点。石墨烯材料可以很好的满足上述要求,然而展现出高容量的无缺陷石墨烯正极材料,其制备往往需要采用化学气相沉积或高温后处理等方式。另外,传统电极的制备往往需要研磨浆料涂膜,该过程复杂且难以控制成膜质量。因此,开发一种制备简单且高效的石墨基电极对于铝电池的发展具有重要意义。

青岛科技大学王磊教授与吴亭亭副教授课题组通过在表面粗糙化处理的金属基底上涂画铅笔痕迹,成功构建了由石墨纳米片组成的电极,该制备方法简单且电池表现出极高的容量和稳定性(电流密度0.5 A g-1,放电容量96 mAh g-1,循环2000圈容量保持率~100%)。为了表明电池具有优异的能量存储特性,将三节电池串联可点亮龙形图案灯和白光灯。相关工作发表在Small Methods上。

研究人员通过一种简单高效的铅笔绘制薄膜的方式成功构建了高性能铝电池石墨纳米片电极。在0.5A g-1的电流密度下,铝电池具有放电容量96 mAh g-1,且循环2000圈后电池容量基本保持不变。继续增大电流密度至2A g-1,电池最大容量为72 mAh g-1,循环6000圈后容量保持率高达90%。对比电池充电和放电后电极材料中的元素分布,发现充电后石墨纳米片中Al及Cl元素含量大于放电状态,同时结合非原位拉曼光谱及原位XRD谱图表征可得出该电池为三阶阴离子插层反应机制。本文中提出的简单高效制备石墨纳米片电极的方法将有效推动铝电池的发展。

论文信息:

Pencil-Drawing Graphite Nanosheets: A Simple and Effective Cathode for High-Capacity Aluminum Batteries

Jiangkun Yu, Xiaojing Li, Na Li, Tingting Wu*, Yanru Liu, Caixia Li, Jie Liu,Lei Wang*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202200026

原文链接:https://doi.org/10.1002/smtd.202200026