安定したリチウム・酸素電池用メタルフリー正極としてのポリアニリン/還元グラフェン酸化物発泡体

Polyaniline/reduced graphene oxide foams as metal-free cathodes for stable lithium-oxygen batteries.

• Zhipan Zhang
• Ranran Cui
• Yukun Xiao
• Chengxing Li
• Yuyang Han
• Guiqin Lv

抄録

リチウム酸素電池（LOB）は、その高いエネルギー密度から次世代のエネルギー貯蔵デバイスとして期待されていますが、一般的には実比容量が低く、サイクル性能が低いという問題があります。これらの問題を解決するために、充放電サイクル中の過電位を低減し、不要な副反応を最小限に抑えるために、正極に様々な電極触媒が導入されてきました。貴金属およびその化合物の相対的に高いコストと限られた埋蔵量のため、低コストで効率的なメタルフリー電極触媒を開発することが重要である。ここでは、2段階の自己組織化プロセスを介して異なるポリアニリン（PANI）含有量を有する3次元多孔質ポリアニリン/還元グラフェン酸化物発泡体（PPGF）を調製するための簡単な方法を報告する。これらの発泡体をLOBの正極としてテストしたところ、PANI含有率50%のPPGFを用いたデバイスは、最大36010 mAh g-1の放電容量と優れたサイクル安定性（1000 mAh g-1で260サイクル、500 mAh g-1で500サイクル）を示し、LOB用次世代メタルフリー正極の設計に新たな知見を提供しました。

Lithium-oxygen batteries (LOBs) are considered as next-generation energy storage devices owing to their high-energy densities, yet they generally suffer from low actual specific capacity and poor cycle performance. To solve these issues, a range of electrocatalysts have been introduced in the cathode to reduce the overpotential during charge/discharge cycles and minimize unwanted side reactions. Due to relative high costs and limited reserves of noble metals and their compounds, it is important to develop low-cost and efficient metal-free electrocatalysts. Here, we report a simple method to prepare three-dimensional porous polyaniline/reduced graphene oxide foams (PPGFs) with different polyaniline (PANI) contents via a two-step self-assembly process. When these foams are tested as the cathode in LOBs, the device using the PPGF with 50% PANI content exhibits a discharge capacity up to 36010 mAh g-1 and an excellent cycling stability (260 cycles at 1000 mAh g-1 and 500 cycles at 500 mAh g-1), providing new insights into the design of next-generation metal-free cathodes for LOBs.

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