作為鉀離子電池(PIBs)負(fù)極的碳質(zhì)材料，特別是具有石墨層結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，是PIBs產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。然而，具有石墨層結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料通常循環(huán)壽命和穩(wěn)定性較差，更不用說用于獨(dú)立性和柔性的PIBs。在這里，通過在還原氧化石墨烯表面引入碳點(diǎn)(CDs@rGO)，合成了一個(gè)獨(dú)立且柔性的3D混合結(jié)構(gòu)，作為高性能PIBs負(fù)極。CDs@rGO紙由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，具有高效的電子和離子轉(zhuǎn)移通道，從而增強(qiáng)了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。另外，CDs可以提供大量的缺陷和含氧官能團(tuán)，從而改善電化學(xué)性能。這種獨(dú)立且具柔性的負(fù)極在100 mA g
-1時(shí)表現(xiàn)出310 mAh g
-1的高容量，超長循環(huán)壽命(在200 mA g
-1時(shí)循環(huán)840次后，容量為244 mAh g
-1)，以及優(yōu)秀的倍率性能(從100到500 mA g
-1的六個(gè)連續(xù)電流，在500 mA g
-1時(shí)具有185 mAh g
-1的高容量)，超過許多現(xiàn)有的碳質(zhì)PIB負(fù)極。該結(jié)果可能為高性能獨(dú)立柔性PIBs提供起點(diǎn)，并促進(jìn)下一代柔性電池的快速發(fā)展。
Figure 1. a)制備的柔性、獨(dú)立的CDs@rGO薄膜紙。b-e) CDs@rGO薄膜紙SEM圖。CDs@rGO薄膜紙的f) TEM圖和g) HRTEM圖。h) CDs在rGO上的大小分布直方圖。i) CDs @rGO堆疊模型示意圖。j) CDs@rGO薄膜紙的XRD圖。k) CDs@rGO薄膜紙的Raman圖。l) CDs@rGO薄膜紙的XPS圖。
Figure 2. a)掃描速率為1mv s
−1時(shí)CV曲線。b) 100 mA g
−1時(shí)的充放電曲線。c)初始2個(gè)周期對應(yīng)的dQ/dV概況。d)經(jīng)100 mA g
−1激活后，在100~500 mA g
−1不同電流密度下的倍率性能。e) 在100~500 mA g
−1對應(yīng)的充放電曲線。f) 在200 mAh g
−1下的長循環(huán)性能。g)比較CDs@rGO薄膜紙和其他報(bào)道的PIBs碳質(zhì)電極在不同電流下的比容量。
Figure 3. a) CDs@rGO半電池在0.1~0.4 mV s
−1的CV曲線。b)正極電流峰b值的測定。c) CDs@rGO電極電荷存儲容量(紅色)和擴(kuò)散容量(灰色)。d)不同掃描速率下電容(紅色)和擴(kuò)散控制(灰色)容量的貢獻(xiàn)率。e) K/CDs@rGO電池的EIS測試。f) K/rGO電池的EIS測試。
Figure 4. a-c) CDs@rGO薄膜負(fù)極初始三個(gè)循環(huán)放電/充電過程的XRD結(jié)果等值線圖。原始CDs@rGO薄膜極和8個(gè)循環(huán)后半電池負(fù)極的XPS譜：d)全譜；e) C1s；f) O1s；g) F1s。h)在充滿電的CDs@rGO電極上C、K、F和P元素分布。e)含O相關(guān)基團(tuán)的K離子的結(jié)合能。j) K離子和C-OH基團(tuán)結(jié)合能計(jì)算的模型結(jié)構(gòu)。
相關(guān)研究成果于2020年由湖南大學(xué)Bingan Lu課題組，發(fā)表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.202000470)上。原文：Carbon Dots@rGO Paper as Freestanding and Flexible Potassium-Ion Batteries Anode。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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