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Carbon:边缘丰富的垂直石墨烯纳米片,用于高度耐用的锌离子电池
出处:材料分析与应用  录入日期:2020-11-27  点击数:2210

  本文要点:
  1、边缘丰富的垂直石墨烯(VG)充当高导电性和大表面积纳米模板。
  2、3D VG网络显着促进了电子转移并阻碍了V2O5纳米片的聚集。
  3、独立式V2O5 / VG阴极具有高倍率能力和超长循环寿命。
  锌离子电池(ZIBs)由于其低成本,高安全性和环保而受到越来越多的关注。但是,同时实现ZIB的长循环寿命和高能量密度仍然是一个开放挑战。本文,具有垂直取向的石墨烯(VG)纳米片的V 2 O 5纳米片模板的富边缘阴极是为高性能ZIB设计的。在这种混合结构中,碳布(CC)上的独立式VG具有非聚集特征,开放的网络和锋利的边缘(作为纳米模板),提供了快速的电子传输通道和较大的电解质表面积。此外,边缘富集的Zn纳米片作为阳极沉积在CC上,以与边缘富集的V2O5匹配/ VG / CC阴极。结果,组装后的水性ZIB表现出370 m Ahg-1的高容量(在0.2Ag-1的电流密度下),高倍率容量(在最大50Ag-1的电流密度下容量保持超过50%)和出色的循环寿命(在5000个循环中显示出85%的高容量保持率)。


  图1.(a)ZIB阴极的边缘V 2 O 5 / VG / CC混合结构的形成方案(图像中的虚线圆显示了要放大的选定区域)。
  (b)在CC上生长的VG(插图显示VG的锋利边缘)。
  (c)在低放大率下VG / CC上V 2 O 5纳米片的均匀覆盖。
  (d)高放大倍率的边缘V 2 O 5纳米片。
  (e)电沉积过程的示意图。
  (f)在碳纤维表面上均匀沉积锌纳米片。
  (g)具有许多边缘的Zn纳米片。


  图2.(a)VG上V 2 O 5纳米片的TEM图像。(b)VG上V 2 O 5的EDX映射。(c)V 2 O 5 / CC和V 2 O 5 / VG / CC的N 2吸附-解吸等温线。(d)V 2 O 5 / VG / CC的XRD 。(e)宽扫描VG / CC和V 2 O 5 / VG / CC的XPS光谱。(f)V 2 O 5 / VG / CC的V2p光谱。


  图3.(a)在前三个循环中以0.2 mV s -1的扫描速率的V 2 O 5 / VG / CC的CV曲线。(b)在不同的循环中在0.2A g -1下的V 2 O 5 / VG / CC的充电/放电曲线。(c)在各种电流密度下V 2 O 5 / VG / CC和V 2 O 5 / CC的比较速率能力。(d)V 2 O 5 / VG / CC和V 2 O 5 / CC电极在2 A g -1下经过5000次循环的比较循环稳定性。(e)V 2的比较库仑效率循环期间使用O 5 / VG / CC和V 2 O 5 / CC电极。


  图4.(a)在不同扫描速率下V 2 O 5 / VG / CC的CV曲线。(b)在V 2 O 5 / VG / CC的能量存储中计算出的电容贡献。(c)在不同的充电/放电状态下,V 2 O 5 / VG / CC阴极的Zn 2p光谱。V 2 O 5 / VG / CC阴极的V 2p光谱:(d)初始状态;(e)放电至0.2 V;(f)充电至1.6V。
  结果表明,非聚集的VG与高活性电池材料的组合特别适合作为高耐用性ZIB阴极。此外,混合电极的独特纳米结构也可适用于许多各种电化学系统。

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