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一种全石墨烯正极锂硫电池被制备出来

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锂硫电池由于具有高理论能量密度、低成本、环境友好等优势,已成为一大研究热点。但是,目前已报道的大多数高容量、长循环性能锂硫电池的硫含量较低,不能满足实际应用的需求。为解决以上问题,Fang等人制备出一种全石墨烯正极锂硫电池,以孔隙率为3.51cm3g-1的多孔石墨烯(HPG)负载活性物质硫,高导电石墨烯(HCG)作为集流体,部分氧化的石墨烯(POG)作为多硫吸附层,负载量可达80%,面密度5mgcm-2。

制备HPG:通过氧化石墨的热剥离制备HPG。首先,利用改进的Hummer法将石墨氧化。再将氧化石墨在空气中、300℃热剥离5分钟,接着在Ar气氛中以2℃/min的速率升温至1000℃,保持3小时,即得到HPG。将HPG和S以1:4的比例混合,研磨30分钟,移入水热釜中,155℃保持15小时,即得到S/HPG复合材料。

图1硫正极的全石墨烯结构设计

制备POG吸附层:将GO的悬浊液冷冻干燥即得到GO的粉末,将GO的粉末以2℃/min的速率升温至1000℃,保持2小时,得到POG,后分散在乙醇中,超声20分钟,真空抽滤到商用隔膜上,在空气中,60℃下干燥24小时。

图2全石墨烯硫正极电池的电化学性能

得到的全石墨烯正极中,因为HCG较轻,所以提高了电池整体的能量密度,POG能与多硫化物以化学键结合,抑制了多硫化物的穿梭效应,即使在400次循环后,电池仍有稳定的循环性能,为更可靠的锂硫电池提供了解决方案。

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