磷因其理论容量大、表面易氧化、物理化学性质易发生变化等特点，在储能领域引起了人们的广泛关注。在此，我们研究了氧化的二维黑磷/氧化石墨烯(BP/GO)异质结构中常被忽视的Li储存机制，即根据分子动力学模拟Li+离子在超低扩散势垒(80 meV)和超快扩散动力学(2.5×10 -6 cm2 s–1)下的传输。 此外，当二维BP层与GO层化学结合时，产生了显著的协同作用，导致BP / GO复合材料具有优异的机械强度和柔韧性。在锂离子半电池中，BP/GO复合阳极可以维持500次的稳定循环，库仑效率高达99.6%。通过使用BP / GO阳极，V2O5 / CNT阴极和凝胶聚合物电解质，首次组装出了准固态，可弯曲的锂离子全电池。该电池可提供389 Wh kg-1和498 Wh L-1的高重量和体积能量密度，即使经过100次反复折叠和展开，其保留率也仍高达92.3%。这表明，该柔性电池非常适用于为需要高能量密度和机械稳定性的可穿戴电子设备供电。
Figure 1.由CPMDS生成BP/GO复合材料的 (a)初始配置和(b)优化后的原子结构图。(c)放大BP和GO之间的相互作用，形成P-O-C和P-C键。(d)P-O-C键组成二维切割平面上的电子密度图。(e) P-O和C-O键离解能的比较。不同温度下BP/GO结构中Li原子的(f)MSD图和(g)Arrhenius图。轻度还原BP/GO、BP/GO、GO的(h) FTIR图和(i)XRD图谱。(j) XPS图。
Figure 2. (a) 0%和5%应变下BP/GO模型的俯视图。(b)通过MD模拟得到5%应变下优化BP/GO模型的俯视图和截面图。(c) GO和BP/GO的模拟应力-应变曲线。(d)GO和BP薄片通过P-O-C化学键交联的示意图。
Figure 3.(a)合成柔性BP/GO电极的示意图。(b)单轴拉伸试验得到的BP/GO、GO、BP的应力-应变曲线。(c) BP/GO和(d) GO模拟。(e)BP/GO电阻变化。(f)BP/GO电极拉直和弯曲示意图。
Figure 4. (a)不同电流密度下锂离子半电池中BP/GO阳极的GCD曲线。(b)优化BP/GO与BP/纯石墨烯阳极循环性能比较。(c) BP/GO和BP/纯石墨烯电极的EIS图。(d)BP/GO电极在0.1 A g-1下的GCD曲线推导出dx/dV曲线。(e) BP/GO电极CV曲线。
Figure 5.(a)低倍和(b)高倍SEM图像，插图：柔性V2O5/CNT阴极的数码照片。(c) V2O5/CNT阴极在锂离子半电池中的倍率性能。(d)静电纺丝PVDF-HFP纤维多孔结构的SEM图像。(e) PVDF-HFP在干态和湿态(浸泡在普通液态电解质中)的数码照片。
Figure 6. (a)由V2O5/CNT阴极、BP/GO阳极和PVDF-HFP电解质组成的柔性电池结构示意图。(b)显示折叠前后组装的柔性电池开路电压变化(可忽略不计)照片。(c)弯曲前后为LED供电的柔性电池。(d)柔性电池在电流密度为0.2A g -1时的循环性能，以及由柔性电池弯曲前后供电的红色LED灯阵列图(插图)。(e)各种薄膜型柔性储能装置的电化学性能比较。
相关研究成果于2019年5月由香港科技大学Jang-Kyo Kim课题组，发表在Chem. Mater.(2019, 31, 4113-4123 ) 上。原文：Ultrafast Li+ Diffusion Kinetics of 2D Oxidized Phosphorus for Quasi Solid-State Bendable Batteries with Exceptional Energy Densities .
