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研究人员为电池定制3D打印多孔阳极石墨烯聚乳酸

鏃ユ湡;2019-07-10  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  “简而言之,含20 wt. % 以上的石墨烯/ 聚乳酸丝材的制造在均匀性、可打印性和结构完整性方面是非常脆且高度不可生产;另外,石墨烯重量百分比低于10%的丝材没有提供足够的渗透性(即高电阻率)”。研究人员写道。

  “因此,我们发现15–20%是最佳重量。当我们考虑使用石墨烯纳米片时,电阻率下降,电导率增加。”

  在优化了石墨烯含量之后,该团队将20 wt.%石墨烯丝材用于3D打印测试阳极,以获得更多的物理化学表征。他们还完成了对阳极的拉曼分析,以及XPS分析;后者涉及“在C 1s和O 1s光电子峰上”进行高分辨率扫描,这种扫描形状宽广而奇特。分分析表明,与石墨烯/聚乳酸样品相比,聚乳酸有两种形式,大致相同的水平。

  “总而言之,XPS分析显示,石墨烯/ 聚乳酸丝材内的大量石墨烯完全分散在聚乳酸中,在整个样品中形成导电通路,从而证实了上述电化学和物理化学特征。”研究人员写道。

  典型石墨烯3DA与氢氧化钠(NaOH)前后化学处理的SEM图像显示其各自的充电、放电曲线。用于测试阳极的装置比传统的电池更简单,因为不需要铜集电器。

  最后,该团队评估了锂离子电池设置中3DAs的能量能力,发现石墨烯3DAs具有相对较低的电化学响应。为了进一步了解,他们分析了石墨烯3DA的形貌,表明其表面没有良好的孔隙度来润湿电解质。通过向3DAs引入简单的化学预处理氢氧化钠(NaOH)达24小时,研究人员能够诱导孔隙度并克服这一限制。

  为了进一步了解,他们使用X射线衍射分析了这种预处理前后石墨烯/ PLA的晶体结构,解释了SEM图像和XRD图谱显示材料没有失去其3D结构,“但现在提供了良好的电化行为/性能。”

  “我们建议将石墨烯纳入3DA中,其电化学行为主要类似于石墨烯,并且复合材料中增加的石墨烯纳米片的表面积提供了改进的能量输出。”研究人员说,“本文的结果通过使用可裁剪的石墨烯/聚乳酸丝材增强了增材制造/3D打印石墨烯基储能装置的领域,并且对3D打印阳极进行简单的化学处理,可使其内部增加200倍比容量(阳极稳定后)。”

  该团队确定3D打印的独立式阳极具有20 wt.%石墨烯含量具有最有效的3D可打印性和导电性。

  “这里给出的结果显著增强了增材制造/ 3D打印石墨烯基能量存储设备领域,证明可以实现有用的3D打印电池。”该论文总结道。


 
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