Lithium-ion batteries (LIB), as pow

Lithium-ion batteries (LIB), as power sources for mobile
communication devices, portable electronic devices, and
electrical/hybrid vehicles, have attracted special attention in
the scientific and industrial fields due to their high electromotive
force and high energy density. For an anode material
in LIB, graphite is usually employed as a standard electrode
because it can be reversibly charged and discharged under
intercalation potentials with reasonable specific capacity.1,2
However, to meet the increasing demand for batteries with
higher energy density, much research attempt has been made
to explore new electrode materials or design novel nanostructures
of electrode materials.3-7 Especially, among the
carbonaceous materials, graphene-based materials could be
one of the promising alternatives as an anode in LIB because
these materials have superior electrical conductivities than
graphitic carbon, high surface area of over 2600 m2/g,
chemical tolerance, and a broad electrochemical window that
would be very advantageous for application in energy
technologies.8-12 Recently, we are quite successful in the
controlled reassembling of exfoliated graphene nanosheets
(GNS) with carbon nanotubes and fullerenes.13 According
to our previous experiments, the obtained GNS families show
very large reversible capacity, which can be attributed to
the increased basal spacing of GNS in comparison with that
of graphite. Such an exfoliation-reassembling method can
be extended to fabricate a new hybrid electrode material that
is composed of GNS and transition metal oxide nanoparticles.
For example, tin oxide (SnO2) could be a good substitute
for the carbon anode in LIB because its high theoretical Li+
storage capacity of 782 mAh/g is much larger than that (372
mAh/g) of graphite. However, similar to the other lithium
reactive electrode materials, tin oxide shows very large
volume change of about 300% during charge/discharge
process, which causes crumbling and cracking of electrode,
leading to electrical disconnection from current collectors.
14-16 Therefore, most of tin oxide electrode materials
suffer from the rapid fading of capacity. Although several
attempts have been made to prepare new nanostructures
based on the tin oxide,17,18 most efforts so far proved not to
be very successful in enhancing the cyclability of tin oxide
based electrodes.
To circumvent these problems, we have attempted to
reassemble graphene nanosheets (GNS) in the presence of tin oxide nanoparticles without any deterioration of fundamental
electrochemical properties of both components. In
the obtained SnO2/GNS, not only GNS but also tin oxide
nanoparticles could play a role as electrode materials to get
a synergetic effect. As seen in Scheme 1, our key strategy
in this work is to develop nanostructured SnO2/GNS
electrodes in which the dimensional confinement of tin oxide
nanoparticles by the surrounding GNS limits the volume
expansion upon lithium insertion, and the developed nanopores
between SnO2 and GNS could be used as buffered
spaces during charge/discharge, resulting in the superior
cyclic performances and eventually higher reversible capacities
in comparison with the ordinary SnO2.
Graphene nanosheets (GNS) were prepared via the chemical
reduction of exfoliated graphite oxide materials, while
tin oxide (SnO2) nanoparticles were obtained by the con-trolled hydrolysis of SnCl4 with NaOH. The reduced
graphene nanosheets were dispersed in the ethylene glycol,
and then, reassembled in the presence of SnO2 nanoparticles
as shown in the Scheme 1. The molar ratio of tin to carbon
([Sn]tin oxide/[C]GNS) was fixed to 1.5. As to the experimental
details, please see Supporting Information.
To investigate the morphology of the products, field emission
scanning electron microscopic (FE-SEM) images were taken
for the GNS and the SnO2/GNS. Figure 1a presents the
representative SEM image of GNS from the top view,
showing the layered platelets composed of curled nanosheets.
However, as shown in the inset of Figure 1a that was taken
from the edge-side of GNS, the restacked GNS were made
up of the finely divided nanoplates in which a thickness of
an individual stack is estimated to be less than 10 nm,
suggesting that the self-restacked GNS consist of several
layers. As shown in Figure 1b, the SEM image of the SnO2/
GNS also exhibits a similar morphology to that of the GNS,
revealing that a fine structural manipulation of the GNS is
successfully achieved even after the reassembling process
with tin oxide nanoparticles. The cross-sectional transmission
electron microscope (TEM) analyses for products were also
used to elucidate the structural features of GNS and SnO2/
GNS materials. The TEM image of typical GNS (Figure 1c)
reveals a crumpled and rippled structure where the black
stripes can be attributed to the graphene nanosheets. Some
parts of GNS are bent and wavy as a result of elastic
deformation upon the exfoliation and reassembling process.
A closer inspection of TEM image of GNS was made at
higher magnification (Figure 1d). The d-spacing between two
graphene nanosheets is estimated to be about 0.39 nm that
is much larger than that (0.335 nm) of graphite, indicating
that graphene interlayer distances are increased by more than
9% after reassembling reaction. It is highly plausible that
such a significant expansion of interlayer distance might
provide additional intercalation sites for accommodation of
lithium ions, resulting in the enhancement of specific
capacity.13 On the other hand, these graphene layers dispersed
in the ethylene glycol solution were reassembled in the

Kết quả (Việt) 2:

Pin Lithium-ion (LIB), là nguồn năng lượng cho điện thoại di động
các thiết bị thông tin liên lạc, các thiết bị điện tử cầm tay, và
xe điện / hybrid, đã thu hút được sự chú ý đặc biệt trong
các lĩnh vực khoa học và công nghiệp do điện động cao của
lực lượng và mật độ năng lượng cao. Đối với một vật liệu anode
trong LIB, than chì thường được sử dụng như một điện cực chuẩn
vì nó có thể được sạc và xả nghịch dưới
tiềm năng đan xen với capacity.1,2 cụ thể hợp lý
Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho pin với
mật độ năng lượng cao hơn, nhiều nghiên cứu nỗ lực đã được thực hiện
để khám phá vật liệu điện cực mới hay cấu trúc nano cuốn tiểu thuyết thiết kế
của điện cực materials.3-7 Đặc biệt, trong số các
vật liệu carbon, vật liệu graphene dựa trên có thể là
một trong những lựa chọn thay thế đầy hứa hẹn như một anode trong LIB vì
những vật liệu có độ dẫn điện cao cấp hơn
carbon graphitic, diện tích bề mặt cao hơn 2600 m2 / g,
khả năng chịu hóa chất, và một cửa sổ rộng điện đó
sẽ rất thuận lợi cho ứng dụng năng lượng
technologies.8-12 Gần đây, chúng tôi khá thành công trong việc
lắp lại kiểm soát của nanosheets graphene bóc
(GNS) với các ống nano carbon và fullerenes.13 Theo
các thí nghiệm trước đây của chúng tôi, các gia đình GNS thu được cho thấy
khả năng hồi phục rất lớn, mà có thể là do
sự gia tăng khoảng cách cơ bản của GNS so với
than chì. Một phương pháp tẩy da chết-nối ghép như vậy có thể
được mở rộng để chế tạo một vật liệu điện hybrid mới
gồm GNS và chuyển oxit kim loại hạt nano.
Ví dụ, thiếc oxit (SnO2) có thể là một thay thế tốt
cho các anode carbon trong LIB vì cao lý thuyết của nó Li +
dung lượng lưu trữ 782 mAh / g là lớn hơn nhiều hơn (372
mAh / g) của than chì. Tuy nhiên, tương tự như các lithium khác
vật liệu điện cực phản ứng, thiếc oxit lãm rất lớn
thay đổi khối lượng khoảng 300% trong thời gian sạc / xả
quá trình, gây đổ nát và nứt của điện cực,
dẫn đến ngắt kết nối điện từ nhà sưu tập hiện nay.
14-16 Vì vậy, hầu hết thiếc vật liệu oxit điện cực
bị fading nhanh chóng của năng lực. Mặc dù nhiều
nỗ lực đã được thực hiện để chuẩn bị cấu trúc nano mới
dựa trên các oxit thiếc, 17,18 hầu hết nỗ lực cho đến nay đã không phải
là rất thành công trong việc nâng cao cyclability thiếc oxit
điện dựa.
Để khắc phục những vấn đề này, chúng tôi đã cố gắng để
lắp ráp lại graphene nanosheets (GNS) với sự có mặt của các hạt nano oxit thiếc mà không có bất kỳ suy thoái của nền tảng
tính chất điện hóa của cả hai thành phần. Trong
các thu được SnO2 / GNS, không chỉ GNS nhưng cũng oxit thiếc
hạt nano có thể đóng một vai trò như vật liệu điện cực để có được
một hiệu ứng hiệp lực. Như đã thấy trong Đề án 1, chiến lược quan trọng của chúng tôi
trong công việc này là để phát triển các cấu trúc nano SnO2 / GNS
điện cực trong đó giam chiều thiếc oxit
hạt nano của GNS xung quanh giới hạn khối lượng
mở rộng sau khi đã bỏ lithium, và nanopores phát triển
giữa SnO2 và GNS thể được sử dụng như đệm
không gian trong quá trình sạc / xả, kết quả là cấp trên
biểu diễn theo chu kỳ và năng lực cuối cùng cao hơn có thể đảo ngược
so với SnO2 bình thường.
nanosheets Graphene (GNS) đã được chuẩn bị thông qua các hóa chất
giảm bóc vật liệu graphite oxide, trong khi
tin oxide (SnO2 ) hạt nano đã thu được bằng quá trình thủy phân con-soát của SnCl4 với NaOH. Việc giảm
nanosheets graphene đã được phân tán trong ethylene glycol,
và sau đó, tập hợp lại trong sự hiện diện của các hạt nano SnO2
như trong Đề án 1. Tỷ lệ mol của thiếc carbon
([Sn] ôxít thiếc / [C] GNS) đã được cố định 15. Như để thử nghiệm
chi tiết, xin vui lòng xem Hỗ trợ thông tin.
Để điều tra hình thái của các sản phẩm, lĩnh vực phát thải
vi điện tử quét (FE-SEM) hình ảnh được chụp
cho GNS và SnO2 / GNS. Hình 1a trình bày
SEM đại diện hình ảnh của GNS từ quan điểm trên,
cho thấy các tiểu cầu lớp gồm nanosheets cong.
Tuy nhiên, như thể hiện trong hình nhỏ của hình 1a đã được lấy
từ các cạnh bên của GNS, các GNS restacked đã được thực hiện
lên của nanoplates mịn trong đó có độ dày
một ngăn xếp cá nhân được ước tính là ít hơn 10 nm,
cho thấy rằng GNS tự restacked bao gồm nhiều
lớp. Như thể hiện trong hình 1b, hình ảnh SEM của SnO2 /
GNS cũng trưng bày một hình thái tương tự như của các GNS,
tiết lộ rằng một thao tác kết cấu tốt đẹp của GNS là
đạt được thành công ngay cả sau quá trình nối ghép
với các hạt nano oxit thiếc. Việc truyền tải mặt cắt ngang
hiển vi điện tử (TEM) phân tích cho sản phẩm này cũng đã được
sử dụng để làm sáng tỏ các đặc điểm cấu trúc của GNS và SnO2 /
GNS liệu. Những hình ảnh TEM của GNS điển hình (hình 1c)
cho thấy một cấu trúc đã nhàu nát và gợn sóng nơi đen
sọc có thể được quy cho các nanosheets graphene. Một số
bộ phận của GNS bị cong và lượn sóng như là một kết quả của việc đàn hồi
biến dạng khi tẩy da chết và quá trình lắp lại.
Một thanh tra của TEM hình ảnh của GNS đã được thực hiện ở
độ phóng đại cao hơn (Hình 1d). Các d-khoảng cách giữa hai
nanosheets graphene được ước tính là khoảng 0,39 nm mà
là lớn hơn nhiều so với (0,335 nm) của than chì, chỉ ra
rằng khoảng cách graphene lớp xen được tăng hơn
9% sau khi lắp lại phản ứng. Nó là rất chính đáng rằng
sự mở rộng đáng kể như vậy về khoảng cách xen có thể
cung cấp đan xen thêm cho chỗ ở của
các ion lithium, dẫn đến việc tăng cường các cụ
capacity.13 Mặt khác, các lớp graphene phân tán
trong dung dịch ethylene glycol đã được tập hợp lại trong