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通过提高Li的负载量可以有效的提高负极的面容量密度,下图a为Li:C=1:5,比容量为643mAh/g,图b为1:2,比容量为1287mAh/g,图c为1:1,比容量为1930mAh/g,从图上可以看到提高Li负载量后,多孔碳Asp-GNRs材料仍然保持了很高的库伦效率和循环性能。
在上述实验中很重要的一点是TuoWang在多孔碳材料Asp中添加了石墨烯纳米带GNRs材料作为导电剂,以增强Asp材料的导电性,这一点在低倍率(0.65C和1.3C)下并不明显,但是在较高的倍率下(2.6C图c,5.2C图d)就能观察到较明显的差距,特别是在5.2C倍率下,仅仅循环15次左右就能在库伦效率上观察到明显的区别。通过SEM研究发现,在5.2C大倍率下,没有添加GNRs的负极材料的表层出现了金属Li枝晶,而在添加了GNRs的电极上则没有观察到这一现象。
下图为TuoWang利用Asp-GNRs材料作为负极,硫碳混合物(S-C)材料作为正极制备的全电池的测试数据。从图a中我们可以看到,在0.1,0.2,0.5,1和2C倍率下,材料的比容量分别达到720,690,655,613和559mAh/g,表现出了非常好的倍率性能。在0.5C的倍率下循环100次容量保持旅可达92%,远高于使用裸露铜箔负极的对照组。全电池的功率密度可达1322W/kg,能量密度可达943Wh/kg。
TuoWang利用沥青制备的多孔碳Asp材料作为金属Li的载体,有效的克服了锂枝晶的问题,相比于传统的金属锂载体,如石墨烯、中空碳纳米球等材料不仅具有制备工艺简单的优势,其制备成本还非常低廉,非常适合作为金属锂的载体使用。Asp材料的比表面积很高,因此赋予了其优异的倍率性能,使其能够在大电流下进行工作,充电速度比传统的锂离子电池快10倍以上,对于快充电池的发展具有很重要的意义。
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