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哈工大朱星寶AFM: 用于鋰氧電池正極的柔性3D分層多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其功能改性

正極被認(rèn)為是鋰氧電池（LOBs）系統(tǒng)中最重要的部分，因?yàn)樗@著影響Li₂O₂的形成和分解過程，這直接決定了電池性能。正極的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮充放電循環(huán)過程中的離子和電子電導(dǎo)率，以及對(duì)不溶性放電產(chǎn)物的適應(yīng)。

在此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱星寶教授等人報(bào)道了一種精心設(shè)計(jì)的獨(dú)立式復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中表面生長的碳納米纖維 (CNF) 網(wǎng)絡(luò)作為優(yōu)異的正極催化劑，柔性3D多孔石墨烯泡沫 (PGF) 作為基底，無需額外的粘結(jié)劑或正極基底。

CNFs網(wǎng)絡(luò)不僅為電化學(xué)反應(yīng)提供了豐富的活性位點(diǎn)，而且為產(chǎn)物沉積提供了足夠的空間。無粘結(jié)劑的CNF通過化學(xué)氣相沉積 (CVD) 方法直接接枝到PGF，這種與基底的牢固接觸導(dǎo)致700次循環(huán)的顯著穩(wěn)定性。

圖1. GF和CNFs-GF的表征

此外，通過N摻雜和RuO₂納米顆粒浸漬實(shí)現(xiàn)功能改性，提高了正極的ORR和 OER動(dòng)力學(xué)性能。RuO₂@NCNFs-PGF正極實(shí)現(xiàn)了令人滿意的8440 mAh g^-1容量，并表現(xiàn)出可接受的倍率性能。

此外，當(dāng)用RuO₂納米粒子改性時(shí)，正極的充電電位降低到≈4.0 V。這項(xiàng)研究表明該輕質(zhì)正極結(jié)構(gòu)有利于LOB的實(shí)際應(yīng)用，并有可能擴(kuò)展到許多其他催化劑種類的應(yīng)用。

圖2. RuO₂ @NCNFs-PGF正極的電化學(xué)性能

Advanced Engineering for Cathode in Lithium-Oxygen Batteries: Flexible 3D Hierarchical Porous Architecture Design and Its Functional Modification, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105664

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