中国石油大学研究生(中国石油大学研究生招生网)

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成果简介

锂离子电容器 (LIC) 已成为一种新型储能装置，可弥补锂离子电池和超级电容器之间的性能差距。本文，中国石油大学（北京）马新龙 副教授等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“N-doped graphene nanolayer originated from the one-step template-induction methodology as anode for high-performance Li-ion capacitor”的论文，研究通过采用废轮胎裂解油（WTPO）作为碳前体，根据自分解行为，通过一步模板诱导方法直接制备N掺杂石墨烯纳米层（N-GNL），无需任何后续纯化过程gC3N4. 受益于独特的N掺杂层状结构，N-GNL在容量和倍率性能方面提供了优异的阳极行为。

通过密度泛函理论计算，揭示了N掺杂对提高电子电导率和锂存储能力的积极贡献。此外，使用N-GNL阳极和沥青衍生立方多孔碳阴极制造的全锂离子电池不仅显示出比使用商业活性碳阴极和石墨阳极配置的锂离子电池显著更好的电化学性能，而且还提供了出色的Ragone性能和优异的耐久性。这项工作也为实现石油沥青和WTPO高效转化为高性能电极材料提供了可行的途径。

图文导读

图1。(a) N-GNL制备过程示意图。N-GNL的SEM（b，c），TEM（d，e），（f-g）HRTEM和EDS元素映射图像。

图2。XPS 测量光谱 (a) N-GNL 的高分辨率 N1s 光谱 (b)。N-GNL和石墨的XRD图案（c）和拉曼光谱（d）。

图3、N-GNL的电化学性能

图4。(a) CPC 制备示意图。(b) 立方氧化镁的 SEM 图像。CPC 的 SEM (c)、TEM (d, e)、STEM (f) 图像和 EDS 元素映射 (g)。

图5。(a) CPC 和 AC 正极的倍率性能。(b) CPC不同电流密度下的GCD曲线。(c) CPC 和 AC 正极在2Ag -1下的循环稳定性。

图6。(a) CPC//N-GNL LIC 的示意图。CPC//N-GNL LIC 的 CV (b) 和 GCD (c) 曲线。CPC//N-GNL、CPC//石墨和 AC//石墨 LIC 的速率能力 (d) 和奈奎斯特图 (e)。（右上角的插图显示了等效电路）（f）CPC//N-GNL LIC 在2Ag-1下的循环性能。(g) CPC//N-GNL LIC 的 Ragone图与其他报告的 LIC进行比较。

小结

总之，开发了一步模板诱导法，以WTPO和g-C3N4为碳源和模板制备N-GNL。由于g-C3N4在加热过程中固有的自分解特性，N-GNL可以直接实现，无需进一步复杂的纯化过程。得益于独特的层状结构，修饰有发达的孔道和杂原子掺杂，N-GNL阳极集成了高电导率、高比容量、优异的倍率性能和稳定的循环性能的优势。在先进的N-GNL阳极的基础上，通过匹配CPC阴极成功地制备了具有优异电化学性能的锂离子电池。由于两个电极的完美结合，组装的CPC//N-GNL LIC提供了优异的速率性能和Ragone性能以及优异的循环稳定性（5000次循环后容量保持率为84.4%）。这项工作为高性能LIC器件的电极材料设计提供了一个可行的解决方案，也为WTPO和石油沥青的高附加值利用提供了一种见解。

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.08.047

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