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四川大學王延青Adv. Sci.：利用單分散超長單壁碳納米管制備自支撐LiFePO4正極

在柔性/可穿戴電子設備方面，低含量/不含非電化學活性粘結劑、導電添加劑和集流體是提高鋰離子電池快充/放電性能和開發自支撐電極的關鍵問題。

圖1. SWCNTs的分散示意圖及表征

四川大學王延青等展示了一種簡單而強大的制備方法，利用靜電偶極相互作用和分散劑分子的立體阻礙，在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶液中大量生產單分散的超長單壁碳納米管（SWCNTs），并在磷酸鐵鋰（LFP）正極中構建連續互聯的SWCNT網絡。

首先，通過分子動力學（MD）模擬證實，具有特定結構的分散劑分子可以通過分子間作用力吸附在超長SWCNTs上，并通過靜電和立體阻礙作用防止超長SWCNTs重新聚集。與SWCNTs粉末相比，單分散的超長SWCNTs更容易在電極中形成高效的導電網絡，即使作為導電添加劑的添加量從5到0.5wt%不等。此外，在沒有粘結劑的情況下，LFP顆粒可以在單分散超長SWCNTs的纏繞和包裹下有效固定，形成穩定的結構，從而大大提高了電極的比容量和高倍率穩定性。

圖2. 無粘結劑電極（LFP-SWCNTx-BF）的制備與性能

因此，在導電添加劑含量為3wt%時，電極的比容量在20C時可達到90.7 mAh g^-1，在5C下循環500次后容量保持率為71.3%。此外，這項工作展示了一種分層復合材料，其中納米管排列成網絡狀的膜，將活性LFP顆粒包裹在制備的自支撐SWCNTs電極中。

所得自支撐電極在電解液中表現出良好的抗彎曲性和抗壓性，可以承受至少7.2 Mpa的拉伸應力和5%的應變，并允許制備厚度達39.1 mg cm^-2的高質量負載電極。這些研究無疑將為在堅韌、無粘結劑、自支撐的電極中構建有利于電子/離子傳輸的高效導電網絡提供有效和實用的策略。

圖3. 自支撐電極（LFP-SWCNT-SS）的性能

Preparation of Tough, Binder-Free, and Self-Supporting LiFePO4 Cathode by Using Mono-Dispersed Ultra-Long Single-Walled Carbon Nanotubes for High-Rate Performance Li-Ion Battery. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202207355

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