多孔海绵材料在72V车载充电机负极中分级碳纳米管搭接形成的应用

最近，商用石墨和其他碳基材料作为72V车载充电机充电钾离子蓄电池的负极显示出有前途的性能。目前碳负极的基本问题是K离子嵌入/脱出引起的材料体积膨胀/收缩进而导致结构坍塌的问题，这严重限制了碳基材料作为72V车载充电机充电钾离子蓄电池负极材料的进一步开发和应用。但同时碳材料具有成本低、导电性好和大规模商业化潜力高等优良特点。那么，如何保证电化学反应中材料结构的稳定性就变得尤为重要。本文发现了内层和外层具有不同结构的分级碳纳米管（HCNT）海绵材料，能够明显的改善结构坍塌的问题。在72V车载充电机充电K离子蓄电池中，可以获得高达232mAhg-1的可逆容量。同时揭示HCNT在K离子嵌入和脱出过程中，体积膨胀/收缩和保持结构不崩塌的奥秘。

图1密度与HCNT海绵的力学性能和孔结构的关系图

（a）在50g力下，4种相同尺寸的HCNT海绵（HCNT-S1，HCNT-S2，HCNT-S3和HCNT-S4）的压缩照片；

（b）四个4种HCNT海绵的单轴压缩试验的应力-应变曲线图；

（c）4种HCNT海绵压汞的百分比曲线图（插图：汞注入曲线）；

（d）4种HCNT海绵的N2脱吸附曲线图；

（e）HCNT-S1（21.6mgcm-3）的SEM图像；

（f）HCNT-S4（8.1mgcm-3）的SEM图像。

2HCNT海绵的结构表征图

（a）4种HCNT海绵（HCNT-S1，HCNT-S2，HCNT-S3和HCNT-S4）的拉曼光谱图；

（b）内层紧致石墨壁的CNT和外层疏松无序壁的CNT组成的HCNT示意图；

（c）HCNT的TEM图像；

（d）是（c）标记d区域的HRTEM图像（插图：区域的FFT转换图）；

（e）是（c）标记e区域的HRTEM图像（插图：区域的FFT转换图）；

（f）是（d）中标记f区域的HRTEM图像；

（g）是（f）框区域的线强度分布图。

34种HCNT海绵的72V车载充电机充电K离子蓄电池负极性能图

（a）在0.3mVs-1和0.01-2.5V下，HCNT-S4的前3圈CV曲线图；

（b）2负极峰和2正极峰的峰值电流(ip)和扫描速率(v)之间的线性关系图（插图：1负极峰的ln(ip)与ln(v)关系图）；

（c）在0.3mVs-1的扫描速率下，HCNT-S4负极的CV曲线图；

（d）在100mAg-1下，HCNT-S1，HCNT-S2，HCNT-S3和HCNT-S4的50圈循环曲线图；

（e）在100mAg-1下，4种HCNT海绵的电压-容量曲线图（插图：4种HCNT海绵在不同电压区间的容量贡献比较图）；

（f）在100-1600mAg-1速率内，4种HCNT海绵电极的倍率性能图。

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