石墨烯nanobuds（GNBs）是先进的碳基三维结构，由于其优异的电解性能，作为高性能锂离子电池的负极材料具有很大的前景。
研究：石墨烯nanobuds作为一种新型阳极设计范式，具有卓越的锂离子存储容量和速率能力。图片来源：peterschreiber.media/Shutterstock.com
发表在《Carbon》杂志上的一项研究讨论了使用GNBs，通过化学气相沉积在铜（Cu）箔上形成，作为锂离子电池中的阳极。
锂离子电池面临的主要课题
储能是能源供应链的一个重要方面。它可以提高能源电网的稳定性，鼓励使用清洁能源，减少对化石燃料的依赖，并最大限度地减少其对环境的影响。
锂离子电池因其大能量密度和扩展的循环能力而迅速成为最受欢迎的储能技术。
生产具有优异比容量和扩展循环能力的高性能负极材料是目前锂离子电池的重点发展领域之一。
锂离子电池的储能能力在很大程度上取决于所使用的负极材料及其结构。碳质物质仍然是首选的负极材料，因为锂（Li）和石墨碳之间具有很强的吸引力。
石墨烯如何提供帮助？
石墨烯是一种非凡的材料，由于其显着的表面积和出色的导电性，因此具有在其框架内容纳锂离子的大容量。
石墨烯通常是通过化学剥落石墨或还原氧化石墨来合成的;这种方法非常具有成本效益和实用性。
利用还原氧化石墨烯的锂离子电池
还原氧化石墨烯（rGO）具有相对较高的容量水平。当用作阳极时，rGO表现出较大的不可逆容量。这最终意味着Li注射后累积的Li永远不会完全恢复，导致初始循环中的库伦效率较差。
因此，到目前为止，在锂离子电池中使用氧化石墨烯已被证明是具有挑战性的。
将石墨烯与富勒烯配对以创建石墨烯纳米芽
可以在石墨烯中引入额外的碳基纳米材料，以提高其储能能力和循环稳定性，并提高其在锂离子电池中的阳极适用性。
通过富勒烯在石墨烯表面的共价键合，可以增强储能能力。因此，将富勒烯与石墨烯结合是开发具有较强电催化能力的新型纳米结构的有效技术。
独特的三维结构称为石墨烯nanobuds，是通过耦合这些碳基材料形成的。虽然这种复合材料已经表现出显着的电解特性，但其在锂离子电池应用中的全部潜力还有待探索。
研究人员做了什么？
本研究描述了石墨烯nanobuds复合物的生产，该复合材料表现出显着的电解储能能力。
使用定制的CVD工艺在一个单一的步骤中制造石墨烯nanobuds。该团队使用铜箔在锂离子电池的阳极处收集电流。因此，该研究的重点是制造沉积在铜平台上的石墨烯nanobuds。
使用定制的化学气相沉积技术来制造少层和多层GNB。这些石墨烯nanobuds表现出优异的电解特性，凸显了它们在锂离子电池中作为负极材料的潜力。
在电化学性能方面，几层GNB优于多层GNB，表现出更好的储能能力，更高的电流速率和出色的循环稳定性，同时保持99%的法拉第效率。
开发的石墨烯nanobuds具有改善锂离子储存和扩散的固有特性。这些固有的品质是石墨烯nanobuds所表现出的更高容量，更好的可逆性和出色的循环性能的原因。
直接在铜集流体上生长活性材料使电极保持出色的导电性和优异的倍率能力，从而大大提高了高性能锂离子电池的电解质量。
这些发现可以为未来为尖端锂离子电池高性能碳质负极材料的设计工作铺平道路。
参考
González， I. Z.， Chiu， H.-C.， Gauvin， R.， et al. （2022）.石墨烯纳米耳作为一种新颖的阳极设计范式，具有出色的锂离子存储容量和速率能力。碳。可在以下位置找到： https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.07.010
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