多孔海綿材料在72V車載充電機負極中分級碳納米管搭接形成的應用

最近，商用石墨和其他碳基材料作為72V車載充電機充電鉀離子蓄電池的負極顯示出有前途的性能。目前碳負極的基本問題是K離子嵌入/脫出引起的材料體積膨脹/收縮進而導致結構坍塌的問題，這嚴重限制了碳基材料作為72V車載充電機充電鉀離子蓄電池負極材料的進一步開發和應用。但同時碳材料具有成本低、導電性好和大規模商業化潛力高等優良特點。那么，如何保證電化學反應中材料結構的穩定性就變得尤為重要。本文發現了內層和外層具有不同結構的分級碳納米管（HCNT）海綿材料，能夠明顯的改善結構坍塌的問題。在72V車載充電機充電K離子蓄電池中，可以獲得高達232mAhg-1的可逆容量。同時揭示HCNT在K離子嵌入和脫出過程中，體積膨脹/收縮和保持結構不崩塌的奧秘。

圖1密度與HCNT海綿的力學性能和孔結構的關系圖

（a）在50g力下，4種相同尺寸的HCNT海綿（HCNT-S1，HCNT-S2，HCNT-S3和HCNT-S4）的壓縮照片；

（b）四個4種HCNT海綿的單軸壓縮試驗的應力-應變曲線圖；

（c）4種HCNT海綿壓汞的百分比曲線圖（插圖：汞注入曲線）；

（d）4種HCNT海綿的N2脫吸附曲線圖；

（e）HCNT-S1（21.6mgcm-3）的SEM圖像；

（f）HCNT-S4（8.1mgcm-3）的SEM圖像。

2HCNT海綿的結構表征圖

（a）4種HCNT海綿（HCNT-S1，HCNT-S2，HCNT-S3和HCNT-S4）的拉曼光譜圖；

（b）內層緊致石墨壁的CNT和外層疏松無序壁的CNT組成的HCNT示意圖；

（c）HCNT的TEM圖像；

（d）是（c）標記d區域的HRTEM圖像（插圖：區域的FFT轉換圖）；

（e）是（c）標記e區域的HRTEM圖像（插圖：區域的FFT轉換圖）；

（f）是（d）中標記f區域的HRTEM圖像；

（g）是（f）框區域的線強度分布圖。

34種HCNT海綿的72V車載充電機充電K離子蓄電池負極性能圖

（a）在0.3mVs-1和0.01-2.5V下，HCNT-S4的前3圈CV曲線圖；

（b）2負極峰和2正極峰的峰值電流(ip)和掃描速率(v)之間的線性關系圖（插圖：1負極峰的ln(ip)與ln(v)關系圖）；

（c）在0.3mVs-1的掃描速率下，HCNT-S4負極的CV曲線圖；

（d）在100mAg-1下，HCNT-S1，HCNT-S2，HCNT-S3和HCNT-S4的50圈循環曲線圖；

（e）在100mAg-1下，4種HCNT海綿的電壓-容量曲線圖（插圖：4種HCNT海綿在不同電壓區間的容量貢獻比較圖）；

（f）在100-1600mAg-1速率內，4種HCNT海綿電極的倍率性能圖。

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