本文報道了一種三維（3D）隨機雙連續(xù)微米孔石墨烯泡沫（3DMPGF），它被開發(fā)為鋰硫電池硫正極的輕質(zhì)無粘結(jié)劑集電器。3D-MPGF是通過一種簡便的方法合成的，該工藝最初通過金屬鹽的還原和石墨烯的化學(xué)氣相沉積（CVD）生長來結(jié)合多孔材料的合成。3D-MPGF呈現(xiàn)出微米級多孔結(jié)構(gòu)，具有相互連接的管狀孔和非管狀孔，尺寸從數(shù)百納米到幾微米。通過調(diào)整CVD時間，可以將石墨烯壁的厚度從幾個原子層調(diào)整到十個層。拉曼結(jié)果證明3D-MPGF具有高結(jié)晶度。3D-MPGF歸因于低密度和高質(zhì)量，可以用作有前途的輕質(zhì)無粘結(jié)劑集電器。裝載有2.5 mg cm
-2S的3D-MPGF表現(xiàn)出844 mAh/g的超高初始容量，并且在0.1C（167 mA/g）下，經(jīng)過50次循環(huán)后保持在400 mAh/g。隨著S負(fù)載的增加，電極呈現(xiàn)出更高的面容量。當(dāng)S的負(fù)載為13 mg cm
-2時，在0.1C下50次循環(huán)后，3D-MPGF/S的面積容量達到5.9 mAh cm
-2。3D微米多孔石墨烯泡沫的使用證明了質(zhì)量容量密度顯著提高，這不僅可以用于電池，而且可以用于其他儲能設(shè)備。
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Figure 1. 由金屬鹽前體合成微米孔石墨烯泡沫的示意圖
Figure 2. SEM：（a）用石墨烯涂覆的微米孔Ni泡沫模板和（b）蝕刻掉帶有指示管狀孔的多孔Ni模板之后；微米級多孔石墨烯泡沫的（c）HR-TEM顯微照片和（d）SAED
Figure 3. 1000℃下，合成5分鐘和15分鐘的微米孔石墨烯泡沫的（a,b）TEM圖像；（c,d）HR-TEM顯微照片
Figure 4. （a）具有2.5 mg cm
-2 S的3D-MPGF-S電極的SEM圖像；（b-d）碳和硫的EDS圖，以及覆蓋圖；（e）7 mg cm
-2 S和（f）13 mg cm
-2 S的3D-MPGF-S電極的SEM圖
Figure 5. （a）具有不同硫載量的3D-MPGF-S電極的恒電流充放電曲線；（b）不同硫含量的3DMPGF-S電極的初始放電曲線的Q
H、Q
L和Q
L與Q
H之比；（c）在0.1C（167 mA/g）下具有不同硫負(fù)載的3D-MPGF-S電極的循環(huán)性能；（d）奈奎斯特圖
Figure 6. （a）根據(jù)電極的總重量計算的比容量；（b）將3D-MPGF/S電極與涂覆在不同硫含量（70-90 wt％）和硫負(fù)載（0-15 mg cm
-2）的Al CC上的炭黑-S復(fù)合材料的理論比容量進行比較；（c）不同硫負(fù)載的3D-MPGF-S電極的面容量
相關(guān)研究成果于2019年由格羅寧根大學(xué)Yutao Pei課題組，發(fā)表在Carbon（2019, 144, 713-723）上。原文：Three-dimensional micron-porous graphene foams for lightweight current collectors of lithium-sulfur batteries。
