上海大学：三维ZnCo2O4/石墨烯气凝胶复合材料，用于锂离子电池

1成果简介 

本文，上海大学焦正教授、程伶俐研究员等在《Electrochimica Acta》期刊发表名为“Hierarchical three-dimensional ZnCo2O4/graphene aerogel composite for excellent stability at large current density in lithium-ion battery”的论文，研究通过水热反应将ZnCo2O4立方体组装到相互连接的三维石墨烯框架中制备ZnCo2O4/GA复合材料。在这个合成过程中，三维石墨烯框架可以抑制ZnCo2O4的聚集。当用于LIBs的阳极时，在大电流密度下证明了ZnCo2O4/GA中GA的三维结构对稳定性的关键影响，并直接揭示了三维结构的优势。

具体来说，与二维石墨烯结构相比，具有丰富开放孔隙的三维石墨烯气凝胶框架不仅可以作为应变缓冲器，补偿大量的体积变化，保持结构的完整性，还可以缩短锂的转移路径。此外，石墨烯气凝胶作为一个导电框架，可以提高快速电子传输的导电性，从而提高复合材料的电化学性能。研究发现，ZnCo+2O4/GA复合材料表现出卓越的耐用性，在1 A g-1时容量为591 mAh g-1。这些结果为设计其他在大电流密度下具有显著耐久性的先进储能应用的复合材料提供了一个明显的思路。

2图文导读  

图1、SEM和TEM对所得材料的形貌和结构图

图2、Zn/Co-ZIF-67样品形貌图

图3：(a) 所制备材料的XRD图案和(b) 拉曼光谱；ZnCo2O4/GA中(c) Zn 2p, (d) Co 2p, (e) O 1s, 和 (f) C 1s的高分辨率XPS光谱。

图4. 所制备材料的电化学性能

图5：（a）ZnCo2O4、ZnCo2O4/rGO和ZnCo2O4/GA的奈奎斯特图；（b）Z'与ω-1/2的线性关系；（c）ZnCo2O4/GA在不同扫描速率下的CV曲线，范围从0.2到1。0 mV s-1；（d）ZnCo2O4/GA的峰值电流与扫描速率的线性拟合；（e）0.2 mV s-1时ZnCo2O4/GA的容量贡献；（f）不同扫描速率下电容和扩散控制行为的贡献比。

图6.通过多孔结构和GA组成增强的离子和电子转移的示意图。

3小结 

综上所述，ZnCo2O4/GA复合材料是通过煅烧和水热过程制备的。与原始样品相比，导电石墨烯基体的引入可以在低电流密度下提高电化学性能。这项工作证明了石墨烯气凝胶的三维多孔结构在电化学过程中的重要作用，并提供了一种可行的策略来制造先进的阳极复合材料，以实现大电流密度下的长循环稳定性。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142621

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来源：文章来自Electrochimica Acta网站，由材料分析与应用整理编辑。

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