段镶锋Science重磅：商业级高载量三维多孔石墨烯/氧化铌复合物实现超高倍率能量储存

【前言】

纳米结构电极材料在电化学能量存储应用上展现出非凡的潜力，可储存更多的能量同时快速充放电。但在实验研究上，低载量的电极（1 mg/cm²）是一个很大的限制因素，因为倘若是较厚电极则会影响离子扩散。但实际商用电池所需的载量至少为10 mg/cm²，因此，为满足商用需求，需要设计出一个合理的电极结构，从而能在高载量的电极上，仍有效的传输更多电荷。

【成果简介】

加州大学洛杉矶分校的段镶锋教授（通讯作者）等人最新报道设计了一种三维多孔石墨烯/氧化铌（Nb₂O₅）复合物结构，用以在商用水平的载量（>10 mg/cm²）上，实现超高倍率能量储存。3D石墨烯网络具有很好的电子传输性能，同时其多级孔结构促进离子快速传输，利用正交晶系的T- Nb₂O₅可以评估在3D石墨烯框架（3D-HGF）的载量效应，并实现Li离子的嵌入。同时这种多孔的石墨烯复合骨架结构，优化了在高载量时电极的高倍率放电性能和面积容量，极大地促进了在实际商业应用中的推广。相关研究成果于2017年5月12日在Science上发表。同期，中国科学院金属研究所的成会明院士和李峰研究员为该成果撰写了一篇题为"Charge delivery goes the distance"的Perspective (Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan1472 )。

【图文解读】

图一、3D多级孔结构复合物的两步法制备图示

图二、T- Nb₂O₅/HGF复合物的材料表征

图三、多孔材料的电化学性能和动力学性能的评价

图四、载量对材料电化学性能的影响

图五、具高载量电极的性能分析

文献链接：Three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam5852）

本文由材料人学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。

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