石墨烯气凝胶应用于高体积比能量锂硫电池研究取得新进展

4月25日,记者了解到,我所二维材料与能源器件创新特区研究组(DNL21T3)吴忠帅研究员团队发展了一种三维石墨烯/纳米碳管多孔气凝胶材料,并将其应用于锂硫电池的硫单质载体和中间层一体化正极,获得高体积能量密度和优异循环稳定性的锂硫电池。相关研究成果发表在《纳米能源》(Nano Energy)上。

石墨烯气凝胶应用于高体积比能量锂硫电池研究取得新进展

石墨烯的研究与应用开发持续升温,石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值,在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。 研究者们致力于在不同领域尝试不同方法以求制备高质量、大面积石墨烯材料。并通过对石墨烯制备工艺的不断优化和改进,降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能得到更广泛的应用,并逐步走向产业化。

石墨烯气凝胶应用于高体积比能量锂硫电池研究取得新进展

石墨烯有望在诸多应用领域中成为新一代器件,为了探寻石墨烯更广阔的应用领域,还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺,使其得到更好的应用。 石墨烯虽然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的时间,但是已成为今年学者研究的热点。其优异的光学、电学、力学、热学性质促使研究人员不断对其深入研究,随着石墨烯的制备方法不断被开发,石墨烯必将在不久的将来被更广泛的应用到各领域中。

该研究团队开发出一种三维石墨烯/碳纳米管多孔气凝胶材料,并同时将其应用于锂硫电池的硫单质载体和中间层,成功构筑出自支撑、无金属集流体的一体化正极材料。该一体化正极材料具有高的压实密度、优异导电性、良好的机械柔性,不仅实现了高的体积硫载量(1.64g/cm3),显著提高了锂硫电池的体积能量密度(1615Ah/L),而且有效地抑制了多硫化物穿梭的效应。在2C的大电流密度的条件下,电池能够稳定循环500圈,且容量几乎没有衰减,表现出优异的循环稳定性。这种硫单质载体和中间层一体化正极结构的设计策略为构建高体积能量密度、长循环寿命的锂硫电池提供了新的思路。

上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

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