Nitrogen-doped expanded graphite derived from spent graphite induce uniform growth of lithium peroxide for high-performance Li-oxygen battery

石墨 材料科学 化学工程 氧化石墨 阴极 纳米技术 化学 复合材料 工程类 物理化学
作者
Yunshuo Wang,Yuxue Zhang,Hideo Kimura,Jinqi Wang,Chuanxin Hou,Xiubo Xie,Xueqin Sun,Yuping Zhang,Wei Du,Xiao‐Yang Yang
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier BV]
卷期号:414: 137703-137703 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2023.137703
摘要

Clean treatment and recycling of retired graphite are of great significance to void environmental pollution and resource waste. For this reason, a simple chemical intercalation process combined melamine-assisted expansion strategy is used to prepare nitrogen-doping expanded graphite (N-EG) with a worm-like structure from waste graphite as an ideal lithium-oxygen (Li-O2) battery cathode. The pyrolysis of melamine during annealing can realize the reduction and nitrogen-doping of the expanded graphite in one step, so as to improve the conductivity and electrocatalytic activity of expanded graphite. Moreover, the continuous multilayer hierarchical porous structure of worm-like expanded graphite can not only provide sufficient free-space for the storage of discharge products but also facilitate the mass transfer for battery reactions. As a proof of concept, the as-prepared N-EG have been used as the cathode in Li-O2 battery and achieve excellent electrochemical performances, including high specific capacity, excellent rate performance and long cycle stability. Furthermore, by combining density functional theory (DFT) calculations with experimental data, we demonstrate that the introduction of N-doping in expanded graphite can induce surface combine solution-mediated growth of Li2O2 on the cathode. Such a universal method provides an environmentally friendly approach for the reuse of waste graphite to construct high-performance Li-O2 battery cathode.
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