Caging tin oxide in three-dimensional graphene networks for superior volumetric lithium storage.
Caging tin oxide in three-dimensional graphene networks for superior volumetric lithium storage.
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三维石墨烯网络中的锡锡氧化物，用于上容量锂的储存。
DOI：
10.1038/s41467-017-02808-2
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发表时间：
2018-01-26
影响因子：
16.6
通讯作者：
Yang QH
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Han J;Kong D;Lv W;Tang DM;Han D;Zhang C;Liu D;Xiao Z;Zhang X;Xiao J;He X;Hsia FC;Zhang C;Tao Y;Golberg D;Kang F;Zhi L;Yang QH
锡及其化合物有望开发出高容量负极材料，取代目前锂离子电池中使用的石墨碳。然而，在当前的电极设计中引入孔隙率来缓冲活性材料在循环过程中的体积变化，并不能提供高的体积性能。在这里，我们展示了一种利用硫牺牲剂来控制氧化锡/石墨烯复合阳极空隙空间的策略。在典型的石墨烯水凝胶的毛细管干燥合成中，硫与硬氧化锡纳米颗粒在收缩的水凝胶中被使用。所得的石墨烯笼化氧化锡具有2123 mAh cm-3的超高容量，并具有良好的循环稳定性。我们的研究结果不仅提出了一种具有良好电化学特性的转换型复合阳极，而且还提出了一种通用的合成方法来设计石墨烯纳米片的包装密度，以实现小体积的高储能能力。锂离子电池碳阳极的多孔空间必须得到充分利用，以获得高容量性能。在这里，作者展示了一种适应性硫模板策略，可以产生具有精确控制空隙量的石墨烯笼非碳材料，从而实现超高体积锂存储。
Tin and its compounds hold promise for the development of high-capacity anode materials that could replace graphitic carbon used in current lithium-ion batteries. However, the introduced porosity in current electrode designs to buffer the volume changes of active materials during cycling does not afford high volumetric performance. Here, we show a strategy leveraging a sulfur sacrificial agent for controlled utility of void space in a tin oxide/graphene composite anode. In a typical synthesis using the capillary drying of graphene hydrogels, sulfur is employed with hard tin oxide nanoparticles inside the contraction hydrogels. The resultant graphene-caged tin oxide delivers an ultrahigh volumetric capacity of 2123 mAh cm–3 together with good cycling stability. Our results suggest not only a conversion-type composite anode that allows for good electrochemical characteristics, but also a general synthetic means to engineering the packing density of graphene nanosheets for high energy storage capabilities in small volumes. The excessive porous space in carbon anodes for lithium-ion batteries has to be utilized for high volumetric performance. Here the authors show an adaptable sulfur template strategy to yield graphene-caged noncarbon materials with a precisely controlled amount of void, enabling ultrahigh volumetric lithium storage.
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