結合了電池式高容量和電容器式高倍率性能的先進材料為實現高能量和高功率密度的鋰離子電池提供了希望。然而，由于表面或近表面快速法拉第表面氧化還原反應高度依賴于特定的結構設計，高容量NiO陽極的電容行為很少被報道。在此基礎上，制備了錨定在三維多孔氮摻雜碳泡沫上包覆NiO納米片陣列的石墨烯柔性電極(rGO@NiO-NCF)。rGO@NiO-NCF復合材料具有獨特的三明治結構，內導電支架為3D多孔NCF，中間層為超薄NiO納米片陣列，外導電緩沖層為rGO。復雜的結構設計使rGO@NiO-NCF的電導率提高，電解液滲透充分，體積變化受限。因此，rGO@NiO-NCF電極提供較高的可逆容量(在0.1 A g
-1時為1583 mAh g
-1)和優越的循環穩定性(在1 A g
-1時500次循環后保持607 mAh g
-1)。此外，增強的表面電容促進了快速充電和慢放電性能。這些結果表明，合理的材料設計促進了贗電容效應，使NiO電池有更實際的應用。
圖1. NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的合成工藝示意圖。
圖2. NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的(a)XRD圖譜，(b)Raman光譜，(c)XPS測量譜圖，rGO@NiO-NCF的(d)Ni 2p和(e) N 1 s XPS譜圖，Ni-NCF和rGO@NiO-NCF的(f)TG曲線。
圖3. (a-c) NCF、(d-f) NiO-NCF和(g-i) rGO@NiO-NCF的SEM照片。
圖4. (a)氮吸附等值線和(b) NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的QSDFT孔徑分布。
圖5. rGO@NiO-NCF的(a)CV曲線和(b)恒流充放電曲線，(c)在不同電流密度時NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的倍率性能。(d)rGO@NiO-NCF在不同電流密度時的快速充電和慢放電性能，(e)rGO@NiO -NCF在1A g
-1的電流密度時的長期循環性能。
圖6. NiO-NCF和rGO@NiO-NCF 的(a)Nyquist圖和(b)σ計算圖表, (c)不同掃描速度時的CV曲線,(d) 陰極和陽極掃描的b-值計算圖,(e) 0.6 mV s
-1時的贗電容貢獻和(f) rGO@NiO-NCF在不同掃描速度時的贗電容貢獻率。
相關研究成果由中國民航飛行大學民用航空安全工程學院，民機火災科學與安全工程四川省重點實驗室、四川大學高分子研究所，高分子材料工程國家重點實驗室Ju Fu等人于2022年發表在Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.139875)上。原文：Tunable surface pseudocapacitance assisted fast and flexible lithium storage of graphene wrapped NiO nano-arrays on nitrogen-doped carbon foams。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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