宋怀河教课题组：高密度石墨烯钠离子电池负极材

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宋怀河教授课题组联合新疆大学张苏副教授和俄罗斯科学院尼古拉耶夫无机化学研究所的Alexander V. Okotrub教授课题组，报道了一种通过简单球磨法对石墨烯中的缺陷结构进行设计和调控的策略，所制备的缺陷炭作为储钠材料表现出超高的质量和体积比容量以及优异的倍率性能。作者以天然石墨为原料，通过Hummers氧化法和热还原法制备了膨胀石墨烯（EG），进一步在氩气气氛下球磨制备缺陷石墨烯（DGB）。通过改变球磨时间可以调控DGB中的缺陷密度和sp2团簇尺寸，同时提高材料的密度。DGB具有高的缺陷含量（ID/IG=1.65）。缺陷作为主要储能位点，可通过快速可逆的钠离子吸脱附过程储钠，表现出电容储能行为。此外球磨的致密化效果将EG的密度提高了10.4倍，赋予DGB高的堆积密度（0.784 g cm-3）。50 mA g-1电流密度下，DGB具有84.7%的首次库伦效率， 507 mAh g-1（397 mAh cm-3）@50 mA g-1的可逆容量，以及良好的倍率性能（181 mAh g-1@10 A g-1）。组装成钠离子电容器表现出45 Wh kg 1@14,205 W kg-1的能量密度和优异的稳定性。该研究成果以”Modulating the Defects of Graphene Blocks by Ball-Milling for Ultrahigh Gravimetric and Volumetric Performance and Fast Sodium Storage”为题目发表于Energy Storage Materials（CiteScore=15.09）上，论文第一作者为北京化工大学博士生董玥，通讯作者为北京化工大学宋怀河教授和新疆大学张苏副教授。

图1球磨过程石墨烯形貌和结构转变示意图：球磨过程在EG的片层内和边缘上引入大量缺陷，同时材料尺寸减小、厚度增大，片层发生弯曲和折叠，层间距减小

【文献链接】Modulating the Defects of Graphene Blocks by Ball-Milling for Ultrahigh Gravimetric and Volumetric Performance and Fast Sodium Storage, Energy Storage Mater., 2020, DOI: 10.1016/j.ensm.2020.05.016.

         文章来源：北京化工大学
         宋怀河，北京化工大学教授、博士生导师、“化工资源有效利用”国家重点实验室副主任、炭及无机材料系主任。1997年毕业于中国科学院山西煤炭化学研究所有机化工专业，获工学博士学位。主要从事先进炭材料研究与开发，包括沥青基炭材料、储能炭材料（锂离子电池和超级电容器用炭材料）、介孔炭材料和炭纳米材料等。在J Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed., Chem.Mater., Chem. Commun.,Carbon, Electrochem Commun等学术期刊发表SCI论文120余篇，被SCI他引2900多次，国内外学术会议论文120余篇。获得中国发明专利授权18项，申报国家发明专利36项，获得省部级奖励1项，通过部委鉴定成果4项，为《新型炭材料》、《炭素》和《北京化工大学学报》编辑委员会委员，《炭素技术》编辑委员会副主任。 1999年入选北京市科技新星计划，2000年入选教育部骨干教师计划，2004年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。