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印度理工学院《ACS AEM》:喷墨印刷的环保石墨烯薄膜,用作锂离子电池中的高性能阳极

来源:石墨烯联盟|

发表时间:2021-08-13

点击:2995

本文,印度理工学院 (IIT) 的Ashok Kushwaha等研究人员在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“Inkjet-Printed Environmentally Friendly Graphene Film for Application as a High-Performance Anode in Li-Ion Batteries”的论文,研究报告了一种使用喷墨印刷技术制造石墨烯薄膜电极的简单方法,用作锂离子电池中的阳极。


通过使用乙基纤维素作为稳定剂和乙醇作为溶剂通过“溶剂剥离”技术从石墨中剥离获得石墨烯纳米片。通过在“绿色溶剂”中加入石墨烯纳米片而不添加任何添加剂(如炭黑)来制备石墨烯墨水。将制备好的石墨烯墨水喷墨印刷到玻璃基板上,并且印刷的层数不同。结果表明,印刷石墨烯薄膜电极的电导率一直增加到八层,此后趋于稳定。石墨烯油墨也被印刷在铜箔(作为集电器)上以测试其电化学性能。我们观察到印刷电极通过“本体”和表面存储过程的组合存储锂离子,表现出快速的锂化/脱锂动力学,并且在多次放电/充电循环中保持结构/电化学稳定性。


图 1. 石墨烯薄膜电极通过喷墨印刷的制造过程示意图,用作锂离子电池。


图2、石墨和石墨烯脱落/乙基纤维素粉末的X射线衍射图谱,FTIR 光谱,拉曼光谱


图3. (a) 石墨烯纳米片的原子力显微镜 (AFM) 图像,以及 (b) 在边缘获得的高度轮廓。(c) 石墨烯薄膜的薄层电阻随印刷循环次数(表示为印刷次数)的变化。(d) 电阻 Δ R / R (%) 随聚酰亚胺基板上不同印刷石墨烯层的循环次数的变化。


图4. (a) 预退火和 (b) 后退火(在 350 °C)条件下(在较低和较高放大倍数下)打印的石墨烯薄膜的 SEM 图像。(c) 退火前和 (d) 退火后石墨烯薄膜在较低和较高放大倍数下的 TEM 图像,以及相应的选定区域衍射图。


图 5. 使用印刷的预退火和后退火石墨烯薄膜获得的 XPS 光谱,分别显示(a 和 b)C 1s 和(c 和 d)O 1s 光谱。



图6、 (a) 在 0.1 到 10 mV/s 之间的电位扫描速率下用印刷石墨烯薄膜电极获得的循环伏安图。

(b) log( i ) 与 log(ν) 的关系图,用于确定对应于 ~2.6 和 ~0.25 V 的阳极电流响应的参数b的值(作为几个例子)。

(c) 在用于以一种扫描速率(即 5 mV/s)进行循环伏安法的整个电位窗口上绘制表面电荷存储(如蓝色填充区域)和扩散控制的大容量存储的相对贡献.

(d) 电容和扩散对扫描速率的贡献率。


总体而言,使用乙基纤维素稳定剂制备的石墨烯墨水获得的喷墨印刷的大面积连续石墨烯薄膜被发现有望直接用作锂离子电池的负极,也适用于需要高能量的应用作为高功率密度。从更广泛的角度来看,石墨烯墨水的制备和在不同基板上制造具有可控厚度和导电性的高质量喷墨印刷石墨烯薄膜相关的发现可能有助于各种重要应用,包括柔性设备和能量存储系统。

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