段鑲鋒Science重磅：商業級高載量三維多孔石墨烯/氧化鈮復合物實現超高倍率能量儲存

【前言】

納米結構電極材料在電化學能量存儲應用上展現出非凡的潛力，可儲存更多的能量同時快速充放電。但在實驗研究上，低載量的電極（1 mg/cm²）是一個很大的限制因素，因為倘若是較厚電極則會影響離子擴散。但實際商用電池所需的載量至少為10 mg/cm²，因此，為滿足商用需求，需要設計出一個合理的電極結構，從而能在高載量的電極上，仍有效的傳輸更多電荷。

【成果簡介】

加州大學洛杉磯分校的段鑲鋒教授（通訊作者）等人最新報道設計了一種三維多孔石墨烯/氧化鈮（Nb₂O₅）復合物結構，用以在商用水平的載量（>10 mg/cm²）上，實現超高倍率能量儲存。3D石墨烯網絡具有很好的電子傳輸性能，同時其多級孔結構促進離子快速傳輸，利用正交晶系的T- Nb₂O₅可以評估在3D石墨烯框架（3D-HGF）的載量效應，并實現Li離子的嵌入。同時這種多孔的石墨烯復合骨架結構，優化了在高載量時電極的高倍率放電性能和面積容量，極大地促進了在實際商業應用中的推廣。相關研究成果于2017年5月12日在Science上發表。同期，中國科學院金屬研究所的成會明院士和李峰研究員為該成果撰寫了一篇題為"Charge delivery goes the distance"的Perspective (Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan1472?)。

【圖文解讀】

圖一、3D多級孔結構復合物的兩步法制備圖示

圖二、T- Nb₂O₅/HGF復合物的材料表征

圖三、多孔材料的電化學性能和動力學性能的評價

圖四、載量對材料電化學性能的影響

圖五、具高載量電極的性能分析

文獻鏈接：Three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam5852）

本文由材料人學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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