Orthogonal-Channel, Low-Tortuosity Carbon Nanotube Platforms for High-Performance Li–O2 Batteries

材料科学 曲折 碳纳米管 双功能 电极 电化学 多孔性 纳米技术 催化作用 阴极 化学气相沉积 电催化剂 化学工程 纳米管 复合材料 化学 生物化学 物理化学 工程类
作者
Bo Zhao,Ziming Ye,Xiaobing Kong,Lei Han,Zhiyuan Xia,Kun Chen,Qi Wang,Meng Li,Yuanyuan Shang,Anyuan Cao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (18): 18382-18391 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c05782
摘要

Aerogels and foams are promising electrode materials owing to their lightweight, high porosity, and large surface area for creating abundant active/catalytic sites. Tailoring their porous structure is essential toward maximum electrode performance yet remains challenging in the field. Here, by modifying a pristine carbon nanotube (CNT) sponge with random internal distribution, we present a CNT platform consisting of regular, orthogonally intercrossed through-channels centered at a suitable lateral size (around 5 μm), with low tortuosity and enhanced electrochemical kinetics under predefined compression. Our CNT platforms, grafted by bifunctional transitional metal hydroxide catalyst, overcome considerable challenges of both long cycle life and high rates simultaneously, serving as Li-O2 cathodes and achieving lifetime of 500 cycles at 0.5 mA cm-2 (275 cycles even at 1 mA cm-2) and also displaying high areal capacity (27 mA h cm-2), which are superior to most of the recently reported porous electrodes based on various materials. The mechanism involving fast triple-phase transport and reversible discharge product deposition, enabled by catalyst-loaded orthogonal channels, has been disclosed. Such structure-tailored robust CNT platforms could find many applications in electrochemical catalysis and energy storage systems.
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