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

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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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