鋰（Li）離子電池在低溫條件下的能量和功率性能會顯著降低，這主要是由于鋰離子在石墨負極中的緩慢擴散所致。在此證明，通過從層狀石墨過渡到3D皺紋石墨烯（CG）來有效利用表面控制的電荷存儲機制，可以顯著改善低溫條件下的鋰離子電荷存儲動力學和結構穩定性。通過一步氣霧干燥工藝，制備的結構受控的CG負極通過在室溫下以10 A g
–1的高電流密度提供≈206mAh g
–1時，顯示出顯著的倍率能力。在−40°C的極低溫度下，CG負極在0.01 A g
–1時仍表現出≈154 mAh g
–1的高容量、具有出色的倍率性能和循環穩定性。電化學研究與密度泛函理論（DFT）的結合，表明CG負極的卓越性能源于在各種缺陷部位的表面控制電荷存儲機制。這項研究建立了通過結構控制的石墨烯有效利用表面控制的電荷存儲機制，作為提高低溫條件下電荷存儲動力學和穩定性的一種有前途的策略。
Figure 1. a）CG-1000在低倍率下的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（插圖：高倍率）。b）CG-1000的透射電子顯微鏡（TEM）圖像。c）石墨烯片重新堆疊的CG-1000脊的HRTEM圖像。d）CG-1000的TEM圖像，帶有相應的選定區域電子衍射（SAED）圖案。
Figure 2. a）CG-250和CG-1000的初始恒電流充放電（GCD）曲線。電流密度為b）0.1 A g
-1和c）0.5 A g
-1時CG-250、CG-500、CG-800和CG-1000的GCD曲線。d）CG-250、CG-500、CG-800和CG-1000的速率相關容量。e）相對于沒有電位保持的Li/Li
+，CG-1000在0.1 A g
-1下的循環穩定性。f）CG-1000的相應GCD圖。
Figure 3. a）在0.01 A g
-1下，CG-1000的溫度依賴性GCD曲線。b）CG-1000對應于溫度的可逆容量。c）比較在0.01 A g
–1下石墨和CG-1000負極的溫度相關容量。d）CG-1000在−40°C時的倍率性能。e）CG-1000在−40°C下的循環穩定性。f）CG-1000的相應GCD曲線。
Figure 4. a）CG-1000在20°C下的循環伏安（CV）掃描。b）在20°C下，CG-1000在不同電勢下的對數電流與對數掃描速率。在c）0.2 mV s
-1和d）1 mV s
-1的情況下，對CG-1000進行CV掃描。陰影區域表示表面電容貢獻。e）CG-1000不同溫度線下的CV掃描。f）在0.2 V下，在不同溫度下，CG-1000的對數電流與對數掃描速率的比較
相關研究成果于2021年由佐治亞理工學院Seung Woo Lee課題組，發表在Adv. Funct. Mater.（DOI: 10.1002/adfm.202009397）上。原文：Outstanding Low-Temperature Performance of StructureControlled Graphene Anode Based on Surface-Controlled Charge Storage Mechanism。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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