電極設計中的「變形金剛」

加點硫，輕鬆獲取最佳孔隙

前菜/Appetizer

電化學儲能設備正逐步趨向於微型化，這意味著需要在有限的空間中儲存儘可能多的能量。SnO2等非碳材料由於較高的理論容量而進入人們的視線，但在充放電過程中SnO2的體積膨脹極易導致電極材料粉化，從而引起容量快速衰退。製備多孔結構是常用的解決方法，但往往預留過多的空間，又會導致體積比容量下降。是否能設計出一種完美貼合活性材料的孔徑，同時實現電極材料的穩定性和高體積容量呢？

主菜/Main Course

天津大學化工學院的楊全紅教授課題組採用硫為模板的方法，製備了具有高密度的石墨烯籠，並精巧地設計了特定體積空間來包裹非碳的活性材料。與以往的硬模板法製備多孔結構不同，在毛細乾燥網狀的石墨烯水凝膠的過程中，像「變形金剛」一樣具有流動性和粘性的硫可以與每一個非碳顆粒無縫接觸，使其不能發生團聚，從而實現完美封裝。移除硫之後，就能得到在納米尺度上精密調控和分布的空餘空間。他們以納米SnO2複合石墨烯籠為例，通過調節硫的含量，精確地為SnO2納米顆粒預留足夠的膨脹空間，並用電化學性能和原位TEM等測試，證實了這種設計確實找到了抑制複雜體積膨脹與製備高密度電極材料之間的平衡。由此得到的SnO2@GC複合物的體積容量能到高達2123 mA·h/cm^3，並且有較好的循環性能。

Boss

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