Coal-derived graphene foam and micron-sized silicon composite anodes for lithium-ion batteries

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作者
Xin Zhang,Huan Wang,P. Robert Ilango,Michael D. Mann,Xiaodong Hou
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:434: 141329-141329 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2022.141329
摘要

Silicon-based materials demonstrate significant potential as lithium-ion batteries (LIBs) anode, but their expansion and degradation present engineering design challenges for commercial application. In this study, a porous three-dimensional (3D) graphene and micron-sized silicon composite anode ([email protected] foam) was synthesized using humic acid (HA) derived from coal as a graphene precursor. In-situ formation of graphene structure through reducing HA was confirmed by Raman spectra. The reduced HA (rHA) shows similar electrical conductivity compared to the commercial conductive carbon. SEM images depict a 3D skeleton of coal-derived graphene, with silicon particles distributed on the 3D graphene foam's internal surface. The [email protected] composite-anode displays a good reversible capacity of ∼656 mAh/g at a current density of 50 mA/g, as well as a high-rate capability of ∼433 mAh/g at a current density of 800 mA/g, and outstanding cycling stability –89.8% capacity retention after 300 cycles, which is significantly higher than that of other foam structures. During lithiation and de-lithiation, the graphene foam serves as a matrix of electrical conductors and a volume expansion support for silicon. This 3D graphene network will be beneficial for developing advanced silicon-based anodes for high-performance LIBs.
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