哈工大朱星宝AFM: 用于锂氧电池正极的柔性3D分层多孔结构设计及其功能改性

正极被认为是锂氧电池（LOBs）系统中最重要的部分，因为它显著影响Li₂O₂的形成和分解过程，这直接决定了电池性能。正极的纳米结构设计必须考虑充放电循环过程中的离子和电子电导率，以及对不溶性放电产物的适应。

在此，哈尔滨工业大学朱星宝教授等人报道了一种精心设计的独立式复合结构，其中表面生长的碳纳米纤维 (CNF) 网络作为优异的正极催化剂，柔性3D多孔石墨烯泡沫 (PGF) 作为基底，无需额外的粘结剂或正极基底。

CNFs网络不仅为电化学反应提供了丰富的活性位点，而且为产物沉积提供了足够的空间。无粘结剂的CNF通过化学气相沉积 (CVD) 方法直接接枝到PGF，这种与基底的牢固接触导致700次循环的显著稳定性。

图1. GF和CNFs-GF的表征

此外，通过N掺杂和RuO₂纳米颗粒浸渍实现功能改性，提高了正极的ORR和 OER动力学性能。RuO₂@NCNFs-PGF正极实现了令人满意的8440 mAh g^-1容量，并表现出可接受的倍率性能。

此外，当用RuO₂纳米粒子改性时，正极的充电电位降低到≈4.0 V。这项研究表明该轻质正极结构有利于LOB的实际应用，并有可能扩展到许多其他催化剂种类的应用。

图2. RuO₂ @NCNFs-PGF正极的电化学性能

Advanced Engineering for Cathode in Lithium-Oxygen Batteries: Flexible 3D Hierarchical Porous Architecture Design and Its Functional Modification, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105664

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