硅基材料作為鋰離子電池（LIBs）的負極具有巨大的潛力，但其商業應用的工程設計被其膨脹和降解所限制。在這項研究中，利用煤中提取的腐殖酸(HA)作為石墨烯前驅體，合成了多孔三維(3D)石墨烯和微米級硅復合負極(Si@G 泡沫)。拉曼光譜證實了還原HA在原位形成石墨烯結構。與商業導電碳相比，還原的HA (rHA)顯示出類似的導電性。SEM圖像描繪了煤衍生石墨烯的3D骨架，硅顆粒分布在3D石墨烯泡沫的內表面。Si@G復合負極在電流密度為50 mA/g時表現出~656 mAh/g的可逆容量，在電流密度為800 mA/g時表現出~433 mAh/g的高速率能力，并且在300次循環后表現出出色的循環穩定性-89.8%的容量保留，顯著高于其他泡沫結構。在鋰化和去鋰化過程中，石墨烯泡沫作為電導體的基質和硅的體積膨脹支撐。這種三維石墨烯網絡將有助于開發高性能鋰離子電池的先進硅基負極。
圖1. Si@G泡沫的原理圖及材料合成工藝。
圖2. HA泡沫的(a)照片和在(b)500x和(c)1000x時的掃描電鏡圖像。
圖3. Si@G泡沫負極材料接地后的(a)SEM和(b) EDS映射圖像， Si@G的(c)XRD圖譜和(d)拉曼光譜。
圖4. (a)速率性能(從50 mA/g到800 mA/g)和(b)電流密度為400 mAh/g時Si@G泡沫和參考Si@G負極的循環壽命。
圖5. (a) Si@G泡沫(b)參考Si@G電極的循環伏安曲線。(c) Si@G泡沫(d)參考Si@G電極在電流密度為50 mA/g時的恒流鋰化和去鋰化曲線。
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圖6. Si@G泡沫和參考Si@G負極的EIS譜和等效電路擬合(a) CV循環前(b) CV循環后(c) EIS曲線對應的等效電路圖。
相關研究成果由美國北達科他州大學能源研究所Xiaodong Hou等人于2022年發表在Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.141329)上。原文：Coal-derived graphene foam and micron-sized silicon composite anodes for lithium-ion batteries。
轉自《石墨烯研究》公眾號
