在這項工作中，通過引入還原氧化石墨烯(g a@rGO)限制的Ga核殼結(jié)構，開發(fā)了一種用于可充電鎂電池(RMBs)的自修復、高穩(wěn)定性陽極材料。通過這種Ga@rGO陽極，在室溫下以0.5a g–1的電流穩(wěn)定達到1200次循環(huán)的比容量為150 mAh g–1，在40°C稍微升高的溫度下以1a g–1的超高電流穩(wěn)定達到700次循環(huán)的比容量為100 mAh g–1。此外，陽極的超高倍率、高循環(huán)穩(wěn)定性和長循環(huán)壽命歸因于穩(wěn)定的結(jié)構；開發(fā)這種低成本、簡單且環(huán)境友好的直接滴涂(DDC)方法是為了最大化活性材料的原始狀態(tài)。值得注意的是，在超高充電電流下，陽極仍具有自愈能力。該陽極有望開發(fā)出高倍率、高穩(wěn)定性的RMBs。
圖 1. Ga@rGO核殼結(jié)構的形貌和元素分布。(a)、(b):在超聲處理之前和之后包含液態(tài)Ga和還原的氧化石墨烯溶液的合成材料。(c)、(d):Ga @ rGO核殼粒子的HR-TEM圖像和HAADF-STEM圖像。(e)–( g):碳、氧和鎵元素的EDS圖。
圖 2. 電化學性能:(A)Ga @ rGO在0.5a g–1至5a g–1電流密度下的倍率性能；(b)Ga @ rGO在不同電流密度下的充電/放電曲線；(C)在40°C和1a g-1電流下，第50、100、200、500和700次循環(huán)的選定充電/放電曲線；(d)Ga @ rGO的奈奎斯特圖；(e)Ga @ rGO的循環(huán)能力(實心黑圈)和庫侖效率(實心紅圈)以及Ga-NPs在40°c、1a g-1電流下的循環(huán)能力(空心黑圈)和庫侖效率(空心紅圈)。
圖3. (a)以0.1mV s–1的掃描速率進行的Ga@rGO電極的典型循環(huán)伏安曲線；(b)Ga @ rGO的充電和放電曲線及其相應的dQ/dV曲線；和(c)Ga @ rGO的非原位XRD圖和Mg2Ga5的原子結(jié)構模型。
圖 4. 不同電化學狀態(tài)的Ga和Mg元素的x射線光電子能譜和相應的峰分析:(a)Ga @ rGO的原始狀態(tài)；(b)放電至0.005 V的Ga @ rGO(c)充電至0.8 V的Ga @ rGO和(d)Mg元素的整個變化過程(子圖是rGO的XPS結(jié)果)。
圖 5. 充電過程后0.8 V的Ga@rGO陽極的TEM圖像和相應的EDS圖。
相關科研成果由重慶大學Yuan Yuan等人于2024年發(fā)表在Nano Letters（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01638）上。原文：Self-Healable, High-Stability Anode for Rechargeable Magnesium Batteries Realized by Graphene-Confined Gallium Metal
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01638
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
