石墨烯储锂量远超石墨的现象总算有更深化清楚的解说！
1. 样品表征和储锂机理
一般，锂离子电池的容量在接连的锂化/脱锂化进程中会下降。但多孔石墨烯负极容量跟着循环而添加。众所周知，这种容量的添加一般归因于与碳相连的官能团或内涵缺点的存在。但是，超出理论容量的过量锂存储不能简略地由此解说，由于层间储锂方位会遭到阻止。
在减小空间标准(RDS)的敞开石墨烯电极不只有利于电子在3D空间中的搬运，并为锂离子的刺进和脱离供给可接近的外表(图1c)，可经过冷冻枯燥石墨烯涣散液制备。经过真空蒸发枯燥可得到多层石墨烯半孔隙结构(MLG)，进一步限制可制备细密层石墨烯(DLG)电极。原始石墨烯片的拉曼丈量发现具有较低的ID/IG值，标明缺点较少。值得注意的是，开孔RDS石墨烯结构显着具有比DLG更高的外表积，更多的多孔结构有望在改进电荷传输和外表离子吸附之间供给杰出的平衡。
图1 (a)依据石墨烯基负极循环次数的容量增强的比较;(b)容量改变率;(c)RDS石墨烯电极过量贮存锂的机理示意图;敞开多孔RDS石墨烯(d，e)和DLG电极(f)的仰望SEM图;(g)石墨烯AFM图画;(h)拉曼数据;(i)XRD图;(j)氮气吸脱附曲线。
2. 充放电剖析
为了进一步调查电化学功能中减小的标准标准和多孔结构之间的相关性，在不同的电流密度和负极电压下丈量石墨烯电极的倍率功能(图2)。图2a显现了三种不同类型样品的放电容量，图2c-e别离显现了DLG、MLG和RDS电极的第一和第2次充/放电曲线。一切样品在较低的放电电压下表现出较高的容量。仅仅从功能的视点来看，与高度细密化的电极比较，更多孔和更少层的石墨烯具有明显更高的可逆容量。
图2 (a)倍率功能;(b)石墨烯电极的容量比照;DLG (c)、MLG (d)和RDS(e)电极的第一和第2次充电/放电曲线。
3. 动力学进程剖析
为了研讨RDS石墨烯负极锂容量添加的原因，接连的循环伏安扫描以从0.5到20 mV s-1的递加进行。图3b为阳极和阴极电流峰值导出的线性图，经过斜率至阐明三种电极遭到外表和分散操控机制一起操控;且RDS电极被证明更首要的是外表操控机制。这进一步证明，关于更少的石墨烯层和更多的多孔电极，除了发生经典锂嵌入的分散操控存储之外，外表操控存储发生了明显的奉献。
在充电/放电进程中，在小标准的开孔结构中，锂的传输/分散距离和外表现象被认为是非常重要的。图3c为RDS电极在1 mV s-1的扫速下选定圈数的CV曲线。能够调查到跟着循环的进行其电容添加。进一步核算标明(图3f)，跟着循环的添加，分散操控进程逐步添加。
为了进一步探求充电/放电循环期间的电化学动力学信息，运用电化学阻抗谱(EIS)来剖析RDS石墨烯负极的频率响应(图3g，h)。低频区域成45°歪斜的直线标明锂离子快速分散到3D多孔结构中。图3h中的高频区域显现，跟着循环的进行，半圆的标准减小，表现出较低的电荷搬运电阻。EIS剖析结果标明，跟着循环的进行，SEI层的成长缓慢而安稳，这不只有利于在RDS负极的石墨烯外表上存储额定的锂离子，并且缩短了分散距离，然后促进了锂离子的外表电荷搬运动力学。
图3 (a)不同扫描速率的接连CV曲线;(b)依据负极和正极峰值核算的b值图;(c)3、250、500和1000次循环的CV曲线;分散操控和外表操控电荷存储行为的奉献率，作为RDS (d)和DLG(e)电极扫描速率的函数;(f)开孔RDS电极电荷奉献随循环次数的改变图;(g)EIS测验;(h)高频率下的Nyquist曲线;(i)开孔RDS电极的锂离子分散率。
5. 缺点位点
为了更好地了解和解说电荷贮存的添加，使用Cs-HRTEM研讨了初始和循环电极结构，如图4所示。原始电极(图4a-d)在整个资料上暴露出一个首要的正六边形晶格;此外，调查到几个显现与四个6元环相邻的5元和7元碳环的斑驳，标明Stone−Wales缺点的呈现。总的来说，新电极中的Stone−Wales缺点相对较少。比较之下，循环电极的(图6e-h)暴露了各式各样的区域，包含六边形晶格、Stone−Wales缺点、线缺点和贯穿电极外表的双空位。
图4 复原石墨烯电极的TEM图：(a-d)初始的和(e-h)循环后的;(i-l)石墨烯不同缺点的原子模型。
拉曼光谱被用于进一步研讨重复充/放电循环(图5a-c)在RDS石墨烯网络上发生的缺点对增强锂容量的或许奉献，结果标明1000次循环后其缺点添加了177.1%。此外，1000次循环后，锂嵌入后G峰的方位在频率上偏移高达△G = 8.4 cm-1，这标明与碳受体相关的更大的电荷搬运效应改进了锂的存储(图5b)。此外，电感耦合等离子体发射光谱测验标明，跟着循环的进行，电极中锂的量添加，这清楚地标明锂存储容量添加(图5d)。
图5 (a、b)拉曼光谱;(c)D峰和G峰的积分强度与峰值强度之比;(d)RDS石墨烯电极的锂浓度;(e)锂化和(f)脱锂后RDS石墨烯负极的SEM图。
总结
综上所述，该研讨结果证明了开孔石墨烯锂离子电池具有明显进步的循环安稳性和优异的倍率功能。优异和明显添加的电化学功能归因于，巩固和敞开的多孔结构中标准缩小的边际和外表效应。研讨还发现，在重复刺进和脱除锂的进程中会形成石墨烯外表缺点的添加，缺点的添加进一步促进了容量的升高。因而，该研讨将为高度可逆石墨烯电极的合理规划供给有用的辅导。
