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Science:高载量三维多孔石墨烯/Nb2O5纳米复合电极实现超高倍率能量储存
更新日期:2017-05-15  

  纳米结构电极材料在电化学能量存储应用上展现出非凡的潜力,可储存更多的能量同时快速充放电。但在实验研究上,低质量负载量的电极(1 mg/cm2)是一个很大的限制因素,因为倘若是较厚电极则会影响离子扩散。但实际商用电池所需的载量至少为10 mg/cm2,因此,为满足商用需求,需要设计出一个合理的电极结构,从而能在高载量的电极上,仍有效地传输更多电荷。 

  加州大学洛杉矶分校(UCLA)段镶锋教授带领的研究团队设计了一种三维多孔石墨烯氧化铌(Nb2O5)复合物结构,用以在商用水平的载量(>10 mg/cm2)上,实现超高倍率能量储存。相关研究成果以“Three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage为题512日在《科学》期刊上发表(Science, 2017, 356, 6338, 599-604, DOI:10.1126/science.aam5852)。

  三维多级多孔石墨烯/Nb2O5纳米复合材料的两步法制备示意图,图来源:Science

  3D结构中高度互连的石墨烯网络提供了优异的电子传输性能,同时其多级孔结构有助于离子快速传输。利用正交晶系的T-Nb2O5可以评估在3D石墨烯框架(3D-HGF)的载量效应,并实现离子的嵌入。通过系统地调整3D-HGF中的孔隙率,并优化复合结构中的电荷传输,实现了复合电极在高载量时的高倍率放电性能和高面积容量,促进了在实际商业应用中的推广。该期刊同期还配发了中科院金属研究所成会明院士等人的评述(Charge delivery goes the distance, Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan1472)。 

  高质量负载量Nb2O5/HGF纳米复合电极的性能,图来源:Science 

  (摘自材料牛网 

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