在这项工作中，通过引入还原氧化石墨烯(g a@rGO)限制的Ga核壳结构，开发了一种用于可充电镁电池(RMBs)的自修复、高稳定性阳极材料。通过这种Ga@rGO阳极，在室温下以0.5a g–1的电流稳定达到1200次循环的比容量为150 mAh g–1，在40°C稍微升高的温度下以1a g–1的超高电流稳定达到700次循环的比容量为100 mAh g–1。此外，阳极的超高倍率、高循环稳定性和长循环寿命归因于稳定的结构；开发这种低成本、简单且环境友好的直接滴涂(DDC)方法是为了最大化活性材料的原始状态。值得注意的是，在超高充电电流下，阳极仍具有自愈能力。该阳极有望开发出高倍率、高稳定性的RMBs。
图 1. Ga@rGO核壳结构的形貌和元素分布。(a)、(b):在超声处理之前和之后包含液态Ga和还原的氧化石墨烯溶液的合成材料。(c)、(d):Ga @ rGO核壳粒子的HR-TEM图像和HAADF-STEM图像。(e)–( g):碳、氧和镓元素的EDS图。
图 2. 电化学性能:(A)Ga @ rGO在0.5a g–1至5a g–1电流密度下的倍率性能；(b)Ga @ rGO在不同电流密度下的充电/放电曲线；(C)在40°C和1a g-1电流下，第50、100、200、500和700次循环的选定充电/放电曲线；(d)Ga @ rGO的奈奎斯特图；(e)Ga @ rGO的循环能力(实心黑圈)和库仑效率(实心红圈)以及Ga-NPs在40°c、1a g-1电流下的循环能力(空心黑圈)和库仑效率(空心红圈)。
图3. (a)以0.1mV s–1的扫描速率进行的Ga@rGO电极的典型循环伏安曲线；(b)Ga @ rGO的充电和放电曲线及其相应的dQ/dV曲线；和(c)Ga @ rGO的非原位XRD图和Mg2Ga5的原子结构模型。
图 4. 不同电化学状态的Ga和Mg元素的x射线光电子能谱和相应的峰分析:(a)Ga @ rGO的原始状态；(b)放电至0.005 V的Ga @ rGO(c)充电至0.8 V的Ga @ rGO和(d)Mg元素的整个变化过程(子图是rGO的XPS结果)。
图 5. 充电过程后0.8 V的Ga@rGO阳极的TEM图像和相应的EDS图。
相关科研成果由重庆大学袁媛等人于2024年发表在Nano Letters（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01638）上。原文：Self-Healable, High-Stability Anode for Rechargeable Magnesium Batteries Realized by Graphene-Confined Gallium Metal
原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01638
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