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山东大学Xiaopeng Hao课题组于--完美匹配Silicon@3D石墨烯气凝胶阳极和BCNNTs阴极改善锂离子电容器能量密度
       这里,设计了石墨烯气凝胶(GA)支撑的高容量硅(Si)纳米颗粒3D导电框架,将其作为LIC阳极,可克服Si体积膨胀的问题,同时提高了相应的能量密度。更重要的是,主要的电容机制在于Si@GA阳极的嵌入过程中,这使其具有快速的充放电能力。所以为了匹配高容量阳极,将具有高倍率特性电容行为和高容量的碳氮化硼纳米管(BCNNT)作为阴极,构建了具有高能量密度的新型LIC。得益于阳极和阴极的高倍率特性,所设计得4.5 V Si@GA//BCNNTs LIC表现出出色的电化学性能,可提供最大的功率密度225 W kg-1,此时能量密度为197.3 W h kg-1。该研究策略可能会解决一些材料得体积膨胀问题,从而更好应用于赝电容高倍率特性器件。
 
 
Figure 1. Si@GA-2阳极和BCNNTs阴极的形貌表征。(a)制备Si@GA阳极的示意图。(b)Si@GA-2阳极的SEM图。(c-d)Si@GA-2阳极的EDX元素映射图像。(e-f)Si@GA-2阳极的高放大倍率SEM图和TEM图像。(g-h)BCNNTs阴极的SEM图像和TEM图像。
 
  Figure 2. 所得电极的结构表征。(a)XRD图,(b)拉曼光谱。(c)Si@GA-2阳极中Si的高分辨率Si 2p XPS光谱,(d)BCNNTs阴极中B 1s,(e)C 1s,(f)N 1s XPS光谱。
 
  
Figure 3. 半电池中Si@GA阳极和BCNNTs阴极的电化学性能。(a)不同电极的循环性能,及(b)倍率性质。(c)BCNNT和CNNT的循环性能。(d)BCNNT和CNNT阴极的倍率特性。
 
 
Figure 4. 半电池阳极和阴极的动力学表征。包括阳极和阴极峰电流的b值,总贡献以及电容贡献,在不同速率下电容贡献的比例等。
 
        该研究工作由山东大学Xiaopeng Hao课题组于2020年发表在J. Mater. Chem. A期刊上。原文:Lithium-ion capacitor with improved energy density via perfect matching silicon@3D graphene aerogel anode and BCNNTs cathode。

转自《石墨烯杂志》公众号


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