AFM：低温合成三层低含氧量多孔石墨烯用于高活性铝离子电池

对石墨烯基材料的结构调控进行改善离子插嵌、扩散性能对其应用和发展非常重要，比如在铝离子电池领域。由于AlCl₄^–离子的半径较大，基于石墨烯的阴极的比容量局限在≈60~148 mAh g^-1，因此限制了铝离子电池的发展。有鉴于此，昆士兰大学余承忠、Xiaodan Huang，昆士兰科技大学杜爱军等报道了一种热还原穿孔TRP（thermal reductive perforation）策略，在400 ℃中能够将三层石墨烯转化为表面穿孔型石墨烯材料。在该TRP过程中，通过共聚物的热分解产生活性自由基，消耗氧同时生成石墨烯。得到的材料表现为三层，表现为面内多孔结构，层间距扩大＞50 %，相对于≈3000 ℃中煅烧合成的石墨烯，这种石墨烯中的含氧量更低。当作为铝离子电池阴极，在2 A g^-1电流密度中的可逆容量达到197 mAh g^-1，达到理论容量的92.5 %。

本文要点：

（1）发展了一种通过加热还原穿孔合成高性能石墨烯材料作为铝离子电池的阴极，合成了三从石墨烯材料面内多孔结构（≈2.3 nm），氧含量较低（O/C比例2.54 %），展示了优异的电化学性能。在5 A g^-1电流密度中实现了149 mAh g^-1的电流密度，比以往各种铝离子电池的性能都更好。

（2）这种优异的电池性能来自于：三层石墨烯结构有效利用了层空间结构、面内多孔结构为AlCl₄^–存储提供更多位点、增大的层间距降低AlCl₄^–的扩散能垒、石墨烯的低含氧量消除了AlCl₄^–传输过程中的负电荷势垒。

参考文献

Yueqi Kong, Cheng Tang, Xiaodan Huang*, Ashok Kumar Nanjundan, Jin Zou, Aijun Du*, Chengzhong Yu*, Thermal Reductive Perforation of Graphene Cathode for High‐Performance Aluminum‐Ion Batteries, Adv. Funct. Mater. 2021, 2010569.

DOI: 10.1002/adfm.202010569

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010569