為了優(yōu)化鋰離子電池（LIBs）的循環(huán)壽命和倍率性能，合成了直徑約2 nm的超細Fe₂O₃納米線，它們均勻地錨定在交聯(lián)的石墨烯帶狀網絡上。獨特的三維結構可有效提高電導率并促進離子擴散，尤其是橫面擴散。此外，與傳統(tǒng)石墨烯片材（Fe₂O₃/GS）相比，石墨烯帶上的Fe₂O₃納米線（Fe₂O₃/GR）易于獲取鋰離子。另外，發(fā)達的彈性網絡不僅可以在重復循環(huán)過程中經歷急劇的體積膨脹，而且還可以保護體電極免受進一步的粉碎。結果，Fe₂O₃/GR雜化物表現出高倍率和長壽命的Li存儲性能（5 A/g時632 mAh/g，甚至在3000次循環(huán)后仍保持471 mAh/g的容量）。特別是在高質量負載（~4 mg cm^-2）時，與Fe₂O₃/GS（37 mAh/g）相比，Fe₂O₃/GR仍可提供更高的可逆容量（即使在2 A/g時為223 mAh/g）。

Figure 1. Fe₂O₃納米線固定在GR上的合成過程示意圖，以及Fe₂O₃/GS和Fe₂O₃/GR的相應Li離子轉移途徑。

Figure 2. a,b）Fe₂O₃₀/GR的SEM圖像；c–e）Fe₂O₃/GR在不同放大倍數下的TEM圖像（插圖顯示了SAED模式圖像）；f）碳、鐵和氧的相應元素映射圖像。

Figure 3. Fe₂O₃/GR和Fe₂O₃/GS的a）氮吸附/解吸等溫線、b）孔徑分布曲線、c）XRD圖譜和d）拉曼光譜；e）Fe₂O₃/GR的XPS光譜和相應的f）Fe 2p光譜。

Figure 4. a）Fe₂O₃/GR在0.1 mV/s時的CV曲線；b）Fe₂O₃/GR在0.1 A/g時的放電/充電曲線；c）Fe₂O₃、Fe₂O₃/GS和Fe₂O₃/GR的循環(huán)穩(wěn)定性和d）倍率性能；e）在2 A/g下，Fe₂O₃/GR的循環(huán)壽命。

Figure 5. Fe₂O₃/GR的電化學動力學分析：a）在各種掃描速率下的CV曲線；b）logi與logv圖；c）Fe₂O₃、Fe₂O₃/GS和Fe₂O₃/GR的電容貢獻率；d）2 mV/s時Fe₂O₃/GR的相應電容貢獻。

Figure 6. a）Fe₂O₃/GR的超長循環(huán)壽命性能；b）將結果與已報道的基于Fe₂O₃的電極進行比較；c）在5 A/g下經過3000次循環(huán)后，Fe₂O₃/GR的TEM圖像。

相關研究成果于2019年由哈爾濱工程大學Zhuangjun Fan課題組，發(fā)表在Chem. Eur. J.（2019, 25, 5022 – 5027）上。原文：Advanced Li-Ion Batteries with High Rate, Stability, and Mass Loading Based on Graphene Ribbon Hybrid Networks。