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[原创]浙江理工胡毅：可折叠GeOx/ZnO/C复合纳米纤维作为高容量柔性锂离子电池负极材料（2018-10-25 15:06:41）

标签：能源环境 电池  

可穿戴设备、可弯曲显示器、智能电子等高科技产品市场的蓬勃发展，引发了越来越多柔性储能设备的研究。可充电锂离子电池作为最重要的储能系统之一，是当前柔性储能设备研制的热点。碳布、碳素纸、Ni泡沫等常用作为活性材料沉积的基底，以获得稳定、柔性的复合材料，但活性材料载荷低，基体厚度大(毫米级)，不适合用于高性能LIBs。另外，CNTs或石墨烯也可作为活性材料负载的基底，用于制备微米厚复合薄膜。然而，这些无粘结薄膜的柔性对重量负载非常敏感。因此，基于聚丙烯腈(PAN)的碳纳米纤维(CNFs)膜具有三维纤维网络结构，由于其比表面积大、孔隙率高、导电性高、制备工艺高度成熟等优点，作为一种有前途的自支撑电极结构基底受到了广泛的关注。高容量锗基阳极材料的某些优点使它们非常适合用于高性能柔性锂离子电池，但锂化/脱锂引起的体积变化和这些材料的不良柔柔性限制了它们的应用范围。

近日，浙江理工大学胡毅团队采用静电纺丝和碳化制备高度可折叠的GeOx/ZnO/C（FGCZ）纳米纤维复合材料，其特征在于GeOx和ZnO均匀地分散在介孔碳纳米纤维中。作者在碳纳米纤维中使用碳纳米管来改善导电性。上述结构不仅有效地抑制了GeOx的体积膨胀，而且有利于电子和离子的传输，因此制备的FGCZ作为半电池的自支撑负极具有良好的循环性能。电流密度为1A g-1时，在500次循环后放电容量约为464 mA h g-1。更重要的是，FGCZ膜显示出优异的可折叠性。因此，该工作为构建用于高容量柔性装置的可折叠材料提出了新策略。

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图1 FGCZ纳米纤维的结构及锂存储机理。

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图2 FGCZ纳米纤维(a)SEM；(b) TEM；(c)HRTEM图像； (d) Gc的SEM和(e)TEM；(f) FCZ的SEM；(g)复合纳米纤维的XRD谱图；(h)FGCZ的元素分析。

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图3 (a)FGCZ的XPS总谱图；(b) Ge 3d； (c) N 1s 谱图；(d)FGCZ和GC的拉曼光谱；(e) FGCZ和GC的N2吸附-解吸等温线；(f)FGCZ的孔隙宽度分布。

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图4（a）逐步折叠的FGCZ的数码照片; ( b）用于测试样品的形状；（c）弹性实验；FGCZ折叠到最大可能曲率（d）低倍率和（e）高倍率的SEM图像; （f）GC，FGCZ，CNT/CNFs和CNFs的应力-应变曲线; （g）不同添加剂的PAN纳米纤维的DSC曲线； （h）具有不同Zn(Ac)2含量的PAN纳米纤维和（i）具有不同Zn(Ac)2含量的GeO2/Zn(Ac)2/PAN纳米纤维的DSC曲线。

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图5.（a）200mAg-1的电流密度下FGCZ的充放电曲线; （b）相应的微分容量图; （c）放电容量和相应库仑效率; （d）GCZ和FGCZ在0.1-4A g-1的电流密度下的倍率性能; （e）电流密度为1Ag-1时FGCZ的长周期循环性能。

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文章来源：易丝帮