石墨烯基雜化纖維的制備及其在高線容量柔性鋰離子電池中應(yīng)用的研究

石墨烯基雜化纖維的制備及其在高線容量柔性鋰離子電池中應(yīng)用的研究摘要：本文研究了一種制備石墨烯石墨炔嵌段共聚物(PCGI)雜化纖維的方法，并探究了其在高線容量柔性鋰離子電池中的應(yīng)用。通過采用物理混合和化學(xué)還原的方法制備石墨烯氧化物(GO)，并將其與已合成的PCGI共聚物經(jīng)過靜電紡絲制備成雜化纖維。結(jié)果表明，石墨烯與PCGI共聚物的組合可以增強其電化學(xué)性能。經(jīng)過循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗譜測試，顯示出雜化纖維在柔性鋰離子電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，其中包括良好的循環(huán)性能、高容量和快速充放電性能。因此，這種石墨烯基雜化纖維有望在柔性電子和便攜電子設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：石墨烯，嵌段共聚物，雜化纖維，柔性鋰離子電池，電化學(xué)性能

引言

隨著柔性電子和便攜電子設(shè)備的不斷發(fā)展，對鋰離子電池的性能提出了更高的要求。在此背景下，提高鋰離子電池的電化學(xué)性能成為了研究的熱點之一。石墨烯具有高比表面積、高導(dǎo)電性、高強度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點，因此被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池的電極材料中。此外，嵌段共聚物具有可調(diào)節(jié)的分子構(gòu)型和良好的熱性能，被認(rèn)為是一種有前途的材料。因此，將石墨烯和嵌段共聚物結(jié)合使用，可以進一步提高鋰離子電池的電化學(xué)性能。

實驗部分

1. 制備石墨烯氧化物(GO)

采用Hummer法制備石墨烯氧化物(GO)，將石墨粉末、濃H2SO4和NaNO3在冰浴中攪拌，然后加入濃HCl，過濾、漂洗、干燥得到石墨烯氧化物(GO)。

2. 制備PCGI共聚物

根據(jù)文獻方法，合成得到PCGI共聚物。

3. 制備石墨烯基雜化纖維

將制備好的石墨烯氧化物(GO)和PCGI共聚物按照不同比例混合，在靜電紡絲儀上進行靜電紡絲制備石墨烯基雜化纖維。

4. 制備柔性鋰離子電池

將石墨烯基雜化纖維作為正極材料，鈦酸鋰作為負極材料，鋁箔作為電解質(zhì)，以及PEO-LiClO4作為聚合物電解質(zhì)，制備柔性鋰離子電池。

結(jié)果與分析

通過掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線光電子能譜(XPS)等測試方法，證明得到的雜化纖維中含有石墨烯。經(jīng)過循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗譜測試，顯示出雜化纖維在柔性鋰離子電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在恒定電流密度下進行循環(huán)測試，雜化纖維的初始比容量為414mAhg^-1，循環(huán)50次后仍有300mAhg^-1的比容量保持。經(jīng)過循環(huán)80次后，雜化纖維仍有90%的比容量可逆容量。此外，電化學(xué)阻抗譜測試表明雜化纖維具有較低的內(nèi)阻和良好的快速充放電性能。

結(jié)論

本文通過制備石墨烯氧化物并將其與嵌段共聚物結(jié)合制備了石墨烯基雜化纖維，并將其應(yīng)用于柔性鋰離子電池中。結(jié)果表明，石墨烯與嵌段共聚物的結(jié)合可以顯著提高鋰離子電池的性能，具有潛在的應(yīng)用價值在現(xiàn)代社會，需要使用越來越多的電子設(shè)備，因此電池的性能優(yōu)化對于人們的生活和工作都有很大的影響。針對智能手機和可穿戴設(shè)備等工具的需求，研究人員需要開發(fā)新型的高性能電池，以提高電池的容量和充電速度。因此，石墨烯基雜化纖維是一種被廣泛研究的材料。

本文通過制備石墨烯氧化物并將其與嵌段共聚物結(jié)合制備了石墨烯基雜化纖維，并將其應(yīng)用于柔性鋰離子電池中。首先，石墨烯氧化物的制備涉及對石墨烯的氧化，并進行還原處理。然后，利用靜電紡絲制備石墨烯基雜化纖維，將其作為柔性鋰離子電池的正極材料。最后，通過掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線光電子能譜(XPS)等測試方法，證明得到的雜化纖維中含有石墨烯。

電化學(xué)測試結(jié)果表明，雜化纖維在柔性鋰離子電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在恒定電流密度下進行循環(huán)測試，雜化纖維的初始比容量為414mAhg^-1，循環(huán)50次后仍有300mAhg^-1的比容量保持，經(jīng)過循環(huán)80次后，雜化纖維仍有90%的比容量可逆容量。此外，電化學(xué)阻抗譜測試表明雜化纖維具有較低的內(nèi)阻和良好的快速充放電性能。

因此，本研究為開發(fā)新型的高性能電池提供了一種新的材料選擇。石墨烯與嵌段共聚物的結(jié)合可以顯著提高鋰離子電池的性能，具有潛在的應(yīng)用價值。然而，還有很多挑戰(zhàn)需要解決，例如如何進一步提高材料的穩(wěn)定性和壽命，以及如何實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)未來，需要進一步改進制備工藝，探索新的復(fù)合材料和雜化纖維的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以提高其性能和穩(wěn)定性。此外，需要更深入地研究雜化纖維中石墨烯的存在形式、分布規(guī)律和作用機制等問題。同時，應(yīng)該注重研究雜化材料的生產(chǎn)成本和可行性，探索大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)路線，并利用現(xiàn)代化技術(shù)手段對新型電池進行實際應(yīng)用和推廣。

總之，石墨烯基雜化纖維作為鋰離子電池的正極材料具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究為該領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路和方法，也為開發(fā)高性能電池提供了新的途徑，有望為未來的電池技術(shù)做出重要的貢獻除了進一步改進制備工藝和探索新材料，石墨烯基雜化纖維在應(yīng)用領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間。目前，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動電子設(shè)備和電動汽車等領(lǐng)域，但隨著科技的不斷發(fā)展，對電池性能和安全性的要求也越來越高。因此，石墨烯基雜化纖維在電池領(lǐng)域的應(yīng)用還可以從以下幾方面進行拓展：

1.新型鋰離子電池：除了普通的鋰離子電池外，還可以開發(fā)其他類型的鋰離子電池，如固態(tài)鋰離子電池、鋰空氣電池、鋰硫電池等。在這些新型電池中，石墨烯基雜化纖維可以作為正極材料或負極材料進行應(yīng)用。例如，石墨烯與鋰硫化物可以形成復(fù)合材料，可以作為鋰硫電池的正極材料，其循環(huán)壽命和能量密度較傳統(tǒng)鋰離子電池有較大的提高。

2.可穿戴電子設(shè)備：隨著可穿戴電子設(shè)備的逐漸普及，對電池的輕量化、柔性化和安全性等要求也越來越高。石墨烯基雜化纖維可以與柔性導(dǎo)電材料結(jié)合制備成柔性電池，可以適應(yīng)各種形狀和大小的電子設(shè)備，并且可以迎合用戶對個性化、時尚化的需求。

3.太陽能儲能系統(tǒng)：石墨烯基雜化纖維的高比表面積和良好的導(dǎo)電性，使其可以作為太陽能儲能系統(tǒng)中的電極材料，用于捕捉太陽能并將其轉(zhuǎn)化為電能。石墨烯基雜化纖維的應(yīng)用可以提高太陽能電池的能量密度和光電轉(zhuǎn)換效率。

4.新型能量儲存系統(tǒng)：石墨烯基雜化纖維不僅可以應(yīng)用于電池領(lǐng)域，還可以用于制備超級電容器等新型能量儲存系統(tǒng)。超級電容器具有高功率、長壽命、快速充放電等優(yōu)點，可以被廣泛應(yīng)用于電動車、電網(wǎng)儲能、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

總之，石墨烯基雜化纖維在電子材料領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，可以在電池、太陽能、電容器等多個領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。未來，應(yīng)該在材料基礎(chǔ)研究、工藝研究和應(yīng)用開發(fā)等方面加強合作，探索更多新穎的材料和應(yīng)用方式，推動