用于锂-二氧化碳电池的热冲击合成纳米颗粒的3D打印氧化石墨烯框架

摘要 锂-二氧化碳电池由于其高理论能量密度成为一种有前景的能源储存技术。厚电极设计是一种有效的方法，通过减少无效材料的重量和体积比，可以进一步提高设备级别的能量密度。探索和设计具有高催化活性的新的厚电极，以实现锂与二氧化碳之间的可逆反应，是实现低充电过电位、长循环稳定性和高倍率性能的关键挑战。这里展示了一种针对锂-二氧化碳电池的超厚电极（≈0.4 mm）设计，通过热冲击（1900 K，持续54毫秒）将超细镍纳米颗粒（≈5 nm）固定在3D打印的还原氧化石墨烯框架上。该阴极在100 mA g −1下显示出1.05 V的低过电位，超过100个循环的高循环稳定性，以及良好的倍率能力（高达1000 mA g −1）。特别是，由于厚电极设计和超细催化纳米颗粒的均匀分布，可以实现14.6 mA h cm −2的高面积容量。将先进的3D打印技术与快速热冲击相结合的策略代表了在能源储存设备（不仅限于锂-二氧化碳电池）中厚电极设计的一个有前景的方向。