CN109313988B - 用于超级电容器的石墨烯框架 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了可以避免当前能量存储技术的缺点的超级电容器。本文提供了这种超级电容器的材料和制造方法。在一些实施方案中，电化学系统包括第一电极，第二电极，其中第一电极和第二电极中的至少一个包含三维多孔还原的氧化石墨烯框架。
Description
交叉引用
本申请要求2016年1月26日提交的美国临时申请第62/287,402号和2016年1月26日提交的美国临时申请第62/287,403号的权益，通过引用将这些申请并入本文。
背景技术
由于现代生活中快速增长的能量需求，高性能电能存储装置的开发已得到显著的关注。超级电容器是有前景的电能存储装置，其具有介于电池和传统电容器之间的性能，但是比任一种都更快地得到改进。在过去的几十年中，通过在越来越多的应用中代替电池和电容器，超级电容器已成为日常产品的关键部件。该技术的未来发展取决于能量密度、功率密度、循环寿命和生产成本的进一步改进。
发明概述
本发明人已经认识到并提供了对于较高性能的电能存储装置(EESD)需求的解决方案。本文提供了石墨烯材料、物质组合物、制造方法和具有改进性能的装置。这里描述的主题的特征提供高功率密度和优异的低温性能，包括但不限于以下应用：备用电源、冷启动、即拍相机(flash camera)、再生制动和混合动力电动车辆。
本文描述的应用提供了在具有高功率密度的电子器件和能量存储系统领域中的改进。许多传统的超级电容器表现出低的能量密度和功率密度，以及低的循环和电容能力。虽然普通电子器件遵循摩尔定律已经取得了非常快速的进步，但由于缺乏具有高电荷存储容量的新材料，电能存储装置仅略有进步。
本公开提供了可以避免当前能量存储技术的缺点的超级电容器。本文提供了这种超级电容器的材料和制造方法。在一些实施方案中，电化学系统包括第一电极，第二电极，其中第一电极和第二电极中的至少一个包含三维多孔还原的石墨烯氧化物框架(frameworkd)。在一些实施方案中，该能量存储装置还包括设置在第一电极和第二电极之间的电解质。在一些实施方案中，该电解质是含水电解质。在一些实施方案中，该电化学系统还包括设置在第一电极和第二电极之间的分隔体。在一些实施方案中，该电化学系统还包含集流体。
本文提供的一个方面是包含3D石墨烯框架的电极，其包含具有多孔结构(例如，层次多孔结构)的石墨烯片的互连导电网络，以及包含电容性或伪电容性材料的复合材料。
在一些实施方案中，该3D石墨烯框架包括有孔的(holey)3D石墨烯框架。
在一些实施方案中，电极具有约450m2/g至约3,000m2/g的比表面积。在一些实施方案中，电极具有至少约450m2/g的比表面积。在一些实施方案中，电极具有至多约3,000m2/g的比表面积。在一些实施方案中，电极的比表面积为约450m2/g至约600m2/g、约450m2/g至约750m2/g、约450m2/g至约900m2/g、约450m2/g至约1,050m2/g、约450m2/g至约1,200m2/g、约450m2/g至约1,800m2/g、约450m2/g至约2,200m2/g、约450m2/g至约2,600m2/g、约450m2/g至约3,000m2/g、约600m2/g至约750m2/g、约600m2/g至约900m2/g、约600m2/g至约1,050m2/g、约600m2/g至约1,200m2/g、约600m2/g至约1,800m2/g、约600m2/g至约2,200m2/g、约600m2/g至约2,600m2/g、约600m2/g至约3,000m2/g、约750m2/g至约900m2/g、约750m2/g至约1,050m2/g、约750m2/g至约1,200m2/g、约750m2/g至约1,800m2/g、约750m2/g至约2,200m2/g、约750m2/g至约2,600m2/g、约750m2/g至约3,000m2/g、约900m2/g至约1,050m2/g、约900m2/g至约1,200m2/g、约900m2/g至约1,800m2/g、约900m2/g至约2,200m2/g、约900m2/g至约2,600m2/g、约900m2/g至约3,000m2/g、约1,050m2/g至约1,200m2/g、约1,050m2/g至约1,800m2/g、约1,050m2/g至约2,200m2/g、约1,050m2/g至约2,600m2/g、约1,050m2/g至约3,000m2/g、约1,200m2/g至约1,800m2/g、约1,200m2/g至约2,200m2/g、约1,200m2/g至约2,600m2/g、约1,200m2/g至约3,000m2/g、约1,800m2/g至约2,200m2/g、约1,800m2/g至约2,600m2/g、约1,800m2/g至约3,000m2/g、约2,200m2/g至约2,600m2/g、约2,200m2/g至约3,000m2/g、或约2,600m2/g至约3,000m2/g。
在一些实施方案中，电极具有约30％至约99％的负载比率(loading ratio)。在一些实施方案中，电极具有至少约30％的负载比率。在一些实施方案中，电极具有至多约99％的负载比率。在一些实施方案中，电极的负载比率为约30％至约40％、约30％至约50％、约30％至约60％、约30％至约70％、约30％至约80％、约30％至约90％、约30％至约99％、约40％至约50％、约40％至约60％、约40％至约70％、约40％至约80％、约40％至约90％、约40％至约99％、约50％至约60％、约50％至约70％、约50％至约80％、约50％至约90％、约50％至约99％、约60％至约70％、约60％至约80％、约60％至约90％、约60％至约99％、约70％至约80％、约70％至约90％、约70％至约99％、约80％至约90％、约80％至约99％，或约90％至约99％。
在一些实施方案中，电极具有约500次循环至约2,000,000次循环的循环寿命。在一些实施方案中，电极具有至少约500次循环的循环寿命。在一些实施方案中，电极具有至多约2,000,000次循环的循环寿命。在一些实施方案中，电极的循环寿命为约500次循环至约1,000次循环、约500次循环至约5,000次循环、约500次循环至约10,000次循环、约500次循环至约50,000次循环、约500次循环至约100,000次循环、约500次循环至约500,000次循环、约500次循环至约1,000,000次循环、约500次循环至约2,000,000次循环、约1,000次循环至约5,000次循环、约1,000次循环至约10,000次循环、约1,000次循环至约50,000次循环、约1,000次循环至约100,000次循环、约1,000次循环至约500,000次循环、约1,000次循环至约1,000,000次循环、约1,000次循环至约2,000,000次循环、约5,000次循环至约10,000次循环、约5,000次循环至约50,000次循环、约5,000次循环约100,000次循环、约5,000次循环至约500,000次循环、约5,000次循环至约1,000,000次循环、约5,000次循环至约2,000,000次循环、约10,000次循环至约50,000次循环、约10,000次循环至约100,000次循环、约10,000次循环至约500,000次循环、约10,000次循环至约1,000,000次循环、约10,000次循环至约2,000,000次循环、约50,000次循环至约100,000次循环、约50,000次循环至约500,000次循环、约50,000次循环至约1,000,000次循环、约50,000次循环至约2,000,000次循环、约100,000次循环至约500,000次循环、约100,000次循环至约1,000,000次循环、约100,000次循环至约2,000,000次循环、约500,000次循环至约1,000,000次循环、约500,000次循环至约2,000,000次循环、或约1,000,000次循环至约2,000,000次循环。
在一些实施方案中，电极在约0.1的C-倍率下具有约250mAh/g至约2,600mAh/g的比容量。在一些实施方案中，电极在约0.1的C-倍率下具有至少约250mAh/g的比容量。在一些实施方案中，电极在约0.1的C-倍率下具有至多约4,000mAh/g的比容量。在一些实施方案中，电极在约0.1的C-倍率下具有以下比容量：约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约750mAh/g、约250mAh/g至约1,000mAh/g、约250mAh/g至约2,000mAh/g、约250mAh/g至约3,000mAh/g、约250mAh/g至约4,000mAh/g、约500mAh/g至约750mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约2,000mAh/g、约500mAh/g至约3,000mAh/g、约500mAh/g至约4,000mAh/g、约750mAh/g至约1,000mAh/g、约750mAh/g至约2,000mAh/g、约750mAh/g至约3,000mAh/g、约750mAh/g至约4,000mAh/g、约1,000mAh/g至约2,000mAh/g、约1,000mAh/g至约3,000mAh/g、约1,000mAh/g至约4,000mAh/g、约2,000mAh/g至约3,000mAh/g、约2,000mAh/g至约4,000mAh/g、或约3,000mAh/g至约4,000mAh/g。
在一些实施方案中，电极具有约90％至约99％的孔隙率。在一些实施方案中，电极具有至少约90％的孔隙率。在一些实施方案中，电极具有至多约99％的孔隙率。在一些实施方案中，电极的孔隙率为约90％至约92％、约90％至约94％、约90％至约96％、约90％至约98％、约90％至约99％、约92％至约94％、约92％至约96％、约92％至约98％、约92％至约99％、约94％至约96％、约94％至约98％、约94％至约99％、约96％至约98％、约96％至约99％、或约98％至约99％。
在一些实施方案中，电极具有约0.002μm至约100,000μm的孔直径。在一些实施方案中，电极具有至少约0.002μm的孔直径。在一些实施方案中，电极具有至多约100,000μm的孔直径。在一些实施方案中，电极具有至多约100μm的孔直径。在一些实施方案中，电极具有如下的孔直径：约0.002μm至约0.01μm、约0.002μm至约0.1μm、约0.002μm至约1μm、约0.002μm至约10μm、约0.002μm至约100μm、约0.002μm至约1,000μm、约0.002μm至约10,000μm、约0.002μm至约100,000μm、约0.01μm至约0.1μm、约0.01μm至约1μm、约0.01μm至约10μm、约0.01μm至约100μm、约0.01μm至约1,000μm、约0.01μm至约10,000μm、约0.01μm至约100,000μm、约0.1μm至约1μm、约0.1μm至约10μm、约0.1μm至约100μm、约0.1μm至约1,000μm、约0.1μm至约10,000μm、约0.1μm至约100,000μm、约1μm至约10μm、约1μm至约100μm、约1μm至约1,000μm、约1μm至约10,000μm、约1μm至约100,000μm、约10μm至约100μm、约10μm至约1,000μm、约10μm至约10,000μm、约10μm至约100,000μm、约100μm至约1,000μm、约100μm至约10,000μm、约100μm至约100,000μm、约1,000μm至约10,000μm、约1,000μm至约100,000μm、约10,000μm至约100,000μm、约0.002μm至约0.005μm、约0.002μm至约0.02μm、约0.002μm至约0.05μm、约0.002μm至约0.2μm、约0.002μm至约0.5μm、约0.002μm至约2μm、约0.002μm至约5μm、约0.002μm至约20μm、约0.002μm至约50μm、约0.002μm至约100μm、约0.005μm至约0.02μm、约0.005μm至约0.05μm、约0.005μm至约0.2μm、约0.005μm至约0.5μm、约0.005μm至约2μm、约0.005μm至约5μm、约0.005μm至约20μm、约0.005μm至约50μm、约0.005μm至约100μm、约0.02μm至约0.05μm、约0.02μm至约0.2μm、约0.02μm至约0.5μm、约0.02μm至约2μm、约0.02μm至约5μm、约0.02μm至约20μm、约0.02μm至约50μm、约0.02μm至约100μm、约0.05μm至约0.2μm、约0.05μm至约0.5μm、约0.05μm至约2μm、约0.05μm至约5μm、约0.05μm至约20μm、约0.05μm至约50μm、约0.05μm至约100μm、约0.2μm至约0.5μm、约0.2μm至约2μm、约0.2μm至约5μm、约0.2μm至约20μm、约0.2μm至约50μm、约0.2μm至约100μm、约0.5μm至约2μm、约0.5μm至约5μm、约0.5μm至约20μm、约0.5μm至约50μm、约0.5μm至约100μm、约2μm至约5μm、约2μm至约20μm、约2μm至约50μm、约2μm至约100μm、约5μm至约20μm、约5μm至约50μm、约5μm至约100μm、约20μm至约50μm、约20μm至约100μm、或约50μm至约100μm。
在一些实施方案中，电极不包含粘合剂。在一些实施方案中，电极不包含导电添加剂。在一些实施方案中，电极不包含导电添加剂或粘合剂。
在一些实施方案中，电极是自支持的(freestanding)。
在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至多约280μm的厚度。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有约70μm至约280μm的厚度。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至少约70μm的厚度。在一些实施方案中，其中所述电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极的厚度为约70μm至约100μm、约70μm至约130μm、约70μm至约160μm、约70μm至约190μm、约70μm至约220μm、约70μm至约250μm、约70μm至约280μm、约100μm至约130μm、约100μm至约160μm、约100μm至约190μm、约100μm至约220μm、约100μm至约250μm、约100μm至约280μm、约130μm至约160μm、约130μm至约190μm、约130μm至约220μm、约130μm至约250μm、约130μm至约280μm、约160μm至约190μm、约160μm至约220μm、约160μm至约250μm、约160μm至约280μm、约190μm至约220μm、约190μm至约250μm、约190μm至约280μm、约220μm至约250μm、约220μm至约280μm、或约250μm至约280μm。
在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有约1mg/cm2至约15mg/cm2的面积负载量(areal loading mass)。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至少约1mg/cm2的面积负载量。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至多约15mg/cm2的面积负载量。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有以下面积负载量：约1mg/cm2至约2mg/cm2、约1mg/cm2至约3mg/cm2、约1mg/cm2至约5mg/cm2、约1mg/cm2至约8mg/cm2、约1mg/cm2至约12mg/cm2、约1mg/cm2至约15mg/cm2、约2mg/cm2至约3mg/cm2、约2mg/cm2至约5mg/cm2、约2mg/cm2至约8mg/cm2、约2mg/cm2至约12mg/cm2、约2mg/cm2至约15mg/cm2、约3mg/cm2至约5mg/cm2、约3mg/cm2至约8mg/cm2、约3mg/cm2至约12mg/cm2、约3mg/cm2至约15mg/cm2、约5mg/cm2至约8mg/cm2、约5mg/cm2至约12mg/cm2、约5mg/cm2至约15mg/cm2、约8mg/cm2至约12mg/cm2、约8mg/cm2至约15mg/cm2、或约12mg/cm2至约15mg/cm2。
在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有约500m2/g至约3,000m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至少约500m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至多约3,000m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有以下比表面积：约500m2/g至约750m2/g、约500m2/g至约1,000m2/g、约500m2/g至约1,500m2/g、约500m2/g至约2,000m2/g、约500m2/g至约2,500m2/g、约500m2/g至约3,000m2/g、约750m2/g至约1,000m2/g、约750m2/g至约1,500m2/g、约750m2/g至约2,000m2/g、约750m2/g至约2,500m2/g、约750m2/g至约3,000m2/g、约1,000m2/g至约1,500m2/g、约1,000m2/g至约2,000m2/g、约1,000m2/g至约2,500m2/g、约1,000m2/g至约3,000m2/g、约1,500m2/g至约2,000m2/g、约1,500m2/g至约2,500m2/g、约1,500m2/g至约3,000m2/g、约2,000m2/g至约2,500m2/g、约2,000m2/g至约3,000m2/g、或约2,500m2/g至约3,000m2/g。
在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有约90％至约99％的孔隙率。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至少约90％的孔隙率。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至多约99％的孔隙率。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有如下孔隙率：约90％至约92％、约90％至约94％、约90％至约96％、约90％至约98％、约90％至约99％、约92％至约94％、约92％至约96％、约92％至约98％、约92％至约99％、约94％至约96％、约94％至约98％、约94％至约99％、约96％至约98％、约96％至约99％、或约98％至约99％。
在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有约500S/m至约2,000S/m的电导率。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至少约500S/m的电导率。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至多约2,000S/m的电导率。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有以下电导率：约500S/m至约750S/m、约500S/m至约1,000S/m、约500S/m至约1,250S/m、约500S/m至约1,500S/m、约500S/m至约1,750S/m、约500S/m至约2,000S/m、约750S/m至约1,000S/m、约750S/m至约1,250S/m、约750S/m至约1,500S/m、约750S/m至约1,750S/m、约750S/m至约2,000S/m、约1,000S/m至约1,250S/m、约1,000S/m至约1,500S/m、约1,000S/m至约1,750S/m、约1,000S/m至约2,000S/m、约1,250S/m至约1,500S/m、约1,250S/m至约1,750S/m、约1,250S/m至约2,000S/m、约1,500S/m至约1,750S/m、约1,500S/m至约2,000S/m、或约1,750S/m至约2,000S/m。
在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有约125F/g至约800F/g的电极-比重量电容。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至少约125F/g的电极-比重量电容。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有至多约800F/g的电极-比重量电容。在一些实施方案中，其中电极包含3D石墨烯框架，所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，所述电极具有如下的电极-比重量电容：约125F/g至约200F/g、约125F/g至约300F/g、约125F/g至约400F/g、约125F/g至约500F/g、约125F/g至约600F/g、约125F/g至约700F/g、约125F/g至约800F/g、约200F/g至约300F/g、约200F/g至约400F/g、约200F/g至约500F/g、约200F/g至约600F/g、约200F/g至约700F/g、约200F/g至约800F/g、约300F/g至约400F/g、约300F/g至约500F/g、约300F/g至约600F/g、约300F/g至约700F/g、约300F/g至约800F/g、约400F/g至约500F/g、约400F/g至约600F/g、约400F/g至约700F/g、约400F/g至约800F/g、约500F/g至约600F/g、约500F/g至约700F/g、约500F/g至约800F/g、约600F/g至约700F/g、约600F/g至约800F/g、或约700F/g至约800F/g。
在一些实施方案中，电极是复合电极，其中复合材料包括电容性或伪电容性材料。在一些实施方案中，电容性或伪电容性材料包括硅、硫、Nb2O5、Al2O3、V2O5、Re2O7、CrO3、CeO2、RuO2、ZrO2、MoO3、WO3、TiO2或它们的任何组合。
在一些实施方案中，电极是复合电极，其中复合材料包含硅。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有约450m2/g至约1,800m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有至少约450m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有至多约1,800m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极的比表面积为约450m2/g至约750m2/g、约450m2/g至约1,000m2/g、约450m2/g至约1,500m2/g、约450m2/g至约2,000m2/g、约450m2/g至约2,500m2/g、约450m2/g至约3,000m2/g、约750m2/g至约1,000m2/g、约750m2/g至约1,500m2/g、约750m2/g至约2,000m2/g、约750m2/g至约2,500m2/g、约750m2/g至约3,000m2/g、约1,000m2/g至约1,500m2/g、约1,000m2/g至约2,000m2/g、约1,000m2/g至约2,500m2/g、约1,000m2/g至约3,000m2/g、或约1,500m2/g至约1,800m2/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有约35％至约95％的负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有至少约35％的负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有至多约95％的负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极的负载比率为约35％至约40％、约35％至约45％、约35％至约50％、约35％至约55％、约35％至约60％、约35％至约65％、约35％至约70％、约35％至约85％、约35％至约90％、约35％至约95％、约40％至约45％、约40％至约50％、约40％至约55％、约40％至约60％、约40％至约65％、约40％至约70％、约40％至约85％、约40％至约90％、约40％至约95％、约45％至约50％、约45％至约55％、约45％至约60％、约45％至约65％、约45％至约70％、约45％至约85％、约45％至约90％、约45％至约95％、约50％至约55％、约50％至约60％、约50％至约65％、约50％至约70％、约50％至约85％、约50％至约90％、约50％至约95％、约55％至约60％、约55％至约65％、约55％至约70％、约55％至约85％、约55％至约90％、约55％至约95％、约60％至约65％、约60％至约70％、约60％至约85％、约60％至约90％、约60％至约95％、约65％至约70％、约65％至约85％、约65％至约90％、约65％至约95％、约70％至约85％、约70％至约90％、约70％至约95％、约85％至约90％、约85％至约95％、或约90％至约95％。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有约700S/m至约2,800S/m的电导率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有至少约700S/m的电导率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有至多约2,800S/m的电导率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有电导率约700S/m至约800S/m、约700S/m至约1,000S/m、约700S/m至约1,200S/m、约700S/m至约1,400S/m、约700S/m至约1,800S/m、约700S/m至约2,200S/m、约700S/m至约2,800S/m、约800S/m至约1,000S/m、约800S/m至约1,200S/m、约800S/m至约1,400S/m、约800S/m至约1,800S/m、约800S/m至约2,200S/m、约800S/m至约2,800S/m、约1,000S/m至约1,200S/m、约1,000S/m至约1,400S/m、约1,000S/m至约1,800S/m、约1,000S/m至约2,200S/m、约1,000S/m至约2,800S/m、约1,200S/m至约1,400S/m、约1,200S/m至约1,800S/m、约1,200S/m至约2,200S/m、约1,200S/m至约2,800S/m、约1,400S/m至约1,800S/m、约1,400S/m至约2,200S/m、约1,400S/m至约2,800S/m、约1,800S/m至约2,200S/m、约1,800S/m至约2,800S/m、或约2,200S/m至约2,800S/m。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有约0.25V至约1V的操作电压电位。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有至少约0.25V的工作电压电位。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极具有至多约1V的工作电压电位。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极的工作电压电位为约0.25V至约0.375V、约0.25V至约0.5V、约0.25V至约0.625V、约0.25V至约1V、约0.375V至约0.5V、约0.375V至约0.625V、约0.375V至约1V、约0.5V至约0.625V、约0.5V至约1V、或约0.625V至约1V。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极在0.1C下的比容量为约250mAh/g至约4,000mAh/g。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极在0.1C下的比容量为至少约250mAh/g。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极在0.1C下的比容量为至多约4,000mAh/g。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硅，电极在0.1C下的比容量为约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约1,000mAh/g、约250mAh/g至约1,500mAh/g、约250mAh/g至约2,000mAh/g、约250mAh/g至约2,500mAh/g、约250mAh/g至约3,000mAh/g、约250mAh/g至约3,500mAh/g、约250mAh/g至约4,000mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,500mAh/g、约500mAh/g至约2,000mAh/g、约500mAh/g至约2,500mAh/g、约500mAh/g至约3,000mAh/g、约500mAh/g至约3,500mAh/g、约500mAh/g至约4,000mAh/g、约1,000mAh/g至约1,500mAh/g、约1,000mAh/g至约2,000mAh/g、约1,000mAh/g至约2,500mAh/g、约1,000mAh/g至约3,000mAh/g、约1,000mAh/g至约3,500mAh/g、约1,000mAh/g至约4,000mAh/g、约1,500mAh/g至约2,000mAh/g、约1,500mAh/g至约2,500mAh/g、约1,500mAh/g至约3,000mAh/g、约1,500mAh/g至约3,500mAh/g、约1,500mAh/g至约4,000mAh/g、约2,000mAh/g至约2,500mAh/g、约2,000mAh/g至约3,000mAh/g、约2,000mAh/g至约3,500mAh/g、约2,000mAh/g至约4,000mAh/g、约2,500mAh/g至约3,000mAh/g、约2,500mAh/g至约3,500mAh/g、约2,500mAh/g至约4,000mAh/g、约3,000mAh/g至约3,500mAh/g、约3,000mAh/g至约4,000mAh/g、或约3,500mAh/g至约4,000mAh/g。
在一些实施方案中，电极是复合电极，其中复合材料包含硫。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有约2mg/cm2至约9mg/cm2的面积负载质量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至少约2mg/cm2的面积负载质量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至多约9mg/cm2的面积负载质量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极的面积负载质量为约2mg/cm2至约3mg/cm2、约2mg/cm2至约4mg/cm2、约2mg/cm2至约5mg/cm2、约2mg/cm2至约6mg/cm2、约2mg/cm2至约7mg/cm2、约2mg/cm2至约8mg/cm2、约2mg/cm2至约9mg/cm2、约3mg/cm2至约4mg/cm2、约3mg/cm2至约5mg/cm2、约3mg/cm2至约6mg/cm2、约3mg/cm2至约7mg/cm2、约3mg/cm2至约8mg/cm2、约3mg/cm2至约9mg/cm2、约4mg/cm2至约5mg/cm2、约4mg/cm2至约6mg/cm2、约4mg/cm2至约7mg/cm2、约4mg/cm2至约8mg/cm2、约4mg/cm2至约9mg/cm2、约5mg/cm2至约6mg/cm2、约5mg/cm2至约7mg/cm2、约5mg/cm2至约8mg/cm2、约5mg/cm2至约9mg/cm2、约6mg/cm2至约7mg/cm2、约6mg/cm2至约8mg/cm2、约6mg/cm2至约9mg/cm2、约7mg/cm2至约8mg/cm2、约7mg/cm2至约9mg/cm2、或约8mg/cm2至约9mg/cm2。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有约450m2/g至约1,800m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至少约450m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至多约1,800m2/g的比表面积。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极的比表面积为约450m2/g至约650m2/g、约450m2/g至约850m2/g、约450m2/g至约1,050m2/g、约450m2/g至约1,200m2/g、约450m2/g至约1,400m2/g、约450m2/g至约1,600m2/g、约450m2/g至约1,800m2/g、约650m2/g至约850m2/g、约650m2/g至约1,050m2/g、约650m2/g至约1,200m2/g、约650m2/g至约1,400m2/g、约650m2/g至约1,600m2/g、约650m2/g至约1,800m2/g、约850m2/g至约1,050m2/g、约850m2/g至约1,200m2/g、约850m2/g至约1,400m2/g、约850m2/g至约1,600m2/g、约850m2/g至约1,800m2/g、约1,050m2/g至约1,200m2/g、约1,050m2/g至约1,400m2/g、约1,050m2/g至约1,600m2/g、约1,050m2/g至约1,800m2/g、约1,200m2/g至约1,400m2/g、约1,200m2/g至约1,600m2/g、约1,200m2/g至约1,800m2/g、约1,400m2/g至约1,600m2/g、约1,400m2/g至约1,800m2/g、或约1,600m2/g至约1,800m2/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有约0.01μm至约100μm的硫颗粒尺寸。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至少约0.01μm的硫颗粒尺寸。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至多约100μm的硫颗粒尺寸。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有如下的硫颗粒尺寸：约0.01μm至约0.05μm、约0.01μm至约0.1μm、约0.01μm至约0.5μm、约0.01μm至约1μm、约0.01μm至约5μm、约0.01μm至约10μm、约0.01μm至约25μm、约0.01μm至约50μm、约0.01μm至约100μm、约0.05μm至约0.1μm、约0.05μm至约0.5μm、约0.05μm至约1μm、约0.05μm至约5μm、约0.05μm至约10μm、约0.05μm至约25μm、约0.05μm至约50μm、约0.05μm至约100μm、约0.1μm至约0.5μm、约0.1μm至约1μm、约0.1μm至约5μm、约0.1μm至约10μm、约0.1μm至约25μm、约0.1μm至约50μm、约0.1μm至约100μm、约0.5μm至约1μm、约0.5μm至约5μm、约0.5μm至约10μm、约0.5μm至约25μm、约0.5μm至约50μm、约0.5μm至约100μm、约1μm至约5μm、约1μm至约10μm、约1μm至约25μm、约1μm至约50μm、约1μm至约100μm、约5μm至约10μm、约5μm至约25μm、约5μm至约50μm、约5μm至约100μm、约10μm至约25μm、约10μm至约50μm、约10μm至约100μm、约25μm至约50μm、约25μm至约100μm、或约50μm至约100μm。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有约30％至约99％的负载比率(loading ratio)。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至少约30％的负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至多约99％的负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，且其中复合材料包含硫，电极的负载比率为约30％至约40％、约30％至约50％、约30％至约60％、约30％至约70％、约30％至约80％、约30％至约90％、约30％至约99％、约40％至约50％、约40％至约60％、约40％至约70％、约40％至约80％、约40％至约90％、约40％至约99％、约50％至约60％、约50％至约70％、约50％至约80％、约50％至约90％、约50％至约99％、约60％至约70％、约60％至约80％、约60％至约90％、约60％至约99％、约70％至约80％、约70％至约90％、约70％至约99％、约80％至约90％、约80％至约99％、或90％至约99％。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有约30％至约95％的硫负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至少约35％的硫负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极具有至多约95％的硫负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极的负载比率为约30％至约40％、约30％至约45％、约30％至约50％、约30％至约55％、约30％至约60％、约30％至约65％、约30％至约70％、约30％至约85％、约30％至约90％、约30％至约95％、约40％至约45％、约40％至约50％、约40％至约55％、约40％至约60％、约40％至约65％、约40％至约70％、约40％至约85％、约40％至约90％、约40％至约95％、约45％至约50％、约45％至约55％、约45％至约60％、约45％至约65％、约45％至约70％、约45％至约85％、约45％至约90％、约45％至约95％、约50％至约55％、约50％至约60％、约50％至约65％、约50％至约70％、约50％至约85％、约50％至约90％、约50％至约95％、约55％至约60％、约55％至约65％、约55％至约70％、约55％至约85％、约55％至约90％、约55％至约95％、约60％至约65％、约60％至约70％、约60％至约85％、约60％至约90％、约60％至约95％、约65％至约70％、约65％至约85％、约65％至约90％、约65％至约95％、约70％至约85％、约70％至约90％、约70％至约95％、约85％至约90％、约85％至约95％、或约90％至约95％。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极在约0.1的C-倍率下具有约400mAh/g至约2,600mAh/g的比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至少约400mAh/g的比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至多约2,600mAh/g的比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，电极在约0.1的C-倍率下的比容量为约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约1,000mAh/g、约400mAh/g至约1,400mAh/g、约400mAh/g至约1,800mAh/g、约400mAh/g至约2,200mAh/g、约400mAh/g至约2,600mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,400mAh/g、约600mAh/g至约1,800mAh/g、约600mAh/g至约2,200mAh/g、约600mAh/g至约2,600mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,800mAh/g、约800mAh/g至约2,200mAh/g、约800mAh/g至约2,600mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,800mAh/g、约1,000mAh/g至约2,200mAh/g、约1,000mAh/g至约2,600mAh/g、约1,400mAh/g至约1,800mAh/g、约1,400mAh/g至约2,200mAh/g、约1,400mAh/g至约2,600mAh/g、约1,800mAh/g至约2,200mAh/g、约1,800mAh/g至约2,600mAh/g、或约2,200mAh/g至约2,600mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约70重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有约640mAh/g至约2,600mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约70重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至少约640mAh/g的硫-比容量。在这些实施方案中，电极在约0.1的C-倍率下具有至多约2,600mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约70重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下的硫-比容量为约640mAh/g至约700mAh/g、约640mAh/g至约800mAh/g、约640mAh/g至约900mAh/g、约640mAh/g至约1,000mAh/g、约640mAh/g至约1,400mAh/g、约640mAh/g至约1,800mAh/g、约640mAh/g至约2,200mAh/g、约640mAh/g至约2,600mAh/g、约700mAh/g至约800mAh/g、约700mAh/g至约900mAh/g、约700mAh/g至约1,000mAh/g、约700mAh/g至约1,400mAh/g、约700mAh/g至约1,800mAh/g、约700mAh/g至约2,200mAh/g、约700mAh/g至约2,600mAh/g、约800mAh/g至约900mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,800mAh/g、约800mAh/g至约2,200mAh/g、约800mAh/g至约2,600mAh/g、约900mAh/g至约1,000mAh/g、约900mAh/g至约1,400mAh/g、约900mAh/g至约1,800mAh/g、约900mAh/g至约2,200mAh/g、约900mAh/g至约2,600mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,800mAh/g、约1,000mAh/g至约2,200mAh/g、约1,000mAh/g至约2,600mAh/g、约1,400mAh/g至约1,800mAh/g、约1,400mAh/g至约2,200mAh/g、约1,400mAh/g至约2,600mAh/g、约1,800mAh/g至约2,200mAh/g、约1,800mAh/g至约2,600mAh/g、或约2,200mAh/g至约2,600mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约70重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有约420mAh/g至约1,700mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至少约420mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约70重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至多约1,700mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约70重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极的硫-比容量为约420mAh/g至约450mAh/g、约420mAh/g至约500mAh/g、约420mAh/g至约600mAh/g、约420mAh/g至约800mAh/g、约420mAh/g至约1,000mAh/g、约420mAh/g至约1,200mAh/g、约420mAh/g至约1,400mAh/g、约420mAh/g至约1,700mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约800mAh/g、约450mAh/g至约1,000mAh/g、约450mAh/g至约1,200mAh/g、约450mAh/g至约1,400mAh/g、约450mAh/g至约1,700mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,200mAh/g、约500mAh/g至约1,400mAh/g、约500mAh/g至约1,700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,200mAh/g、约600mAh/g至约1,400mAh/g、约600mAh/g至约1,700mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,200mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,700mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,700mAh/g、约1,200mAh/g至约1,400mAh/g、约1,200mAh/g至约1,700mAh/g、或约1,400mAh/g至约1,700mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约80重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有约600mAh/g至约2,400mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约80重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至少约600mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约80重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至多约2,400mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约80重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下的硫-比容量为约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,200mAh/g、约600mAh/g至约1,400mAh/g、约600mAh/g至约1,800mAh/g、约600mAh/g至约2,000mAh/g、约600mAh/g至约2,200mAh/g、约600mAh/g至约2,400mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,200mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,800mAh/g、约800mAh/g至约2,000mAh/g、约800mAh/g至约2,200mAh/g、约800mAh/g至约2,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,800mAh/g、约1,000mAh/g至约2,000mAh/g、约1,000mAh/g至约2,200mAh/g、约1,000mAh/g至约2,400mAh/g、约1,200mAh/g至约1,400mAh/g、约1,200mAh/g至约1,800mAh/g、约1,200mAh/g至约2,000mAh/g、约1,200mAh/g至约2,200mAh/g、约1,200mAh/g至约2,400mAh/g、约1,400mAh/g至约1,800mAh/g、约1,400mAh/g至约2,000mAh/g、约1,400mAh/g至约2,200mAh/g、约1,400mAh/g至约2,400mAh/g、约1,800mAh/g至约2,000mAh/g、约1,800mAh/g至约2,200mAh/g、约1,800mAh/g至约2,400mAh/g、约2,000mAh/g至约2,200mAh/g、约2,000mAh/g至约2,400mAh/g、或约2,200mAh/g至约2,400mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约80重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有约380mAh/g至约1,550mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约80重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至少约380mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约80重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至多约1,550mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约80重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极的硫-比容量为约380mAh/g至约400mAh/g、约380mAh/g至约500mAh/g、约380mAh/g至约600mAh/g、约380mAh/g至约800mAh/g、约380mAh/g至约1,000mAh/g、约380mAh/g至约1,200mAh/g、约380mAh/g至约1,550mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约1,000mAh/g、约400mAh/g至约1,200mAh/g、约400mAh/g至约1,550mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,200mAh/g、约500mAh/g至约1,550mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,200mAh/g、约600mAh/g至约1,550mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,200mAh/g、约800mAh/g至约1,550mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,550mAh/g、或约1,200mAh/g至约1,550mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有约500mAh/g至约2,200mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至少约500mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至多约2,200mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下的硫-比容量为约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约900mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,400mAh/g、约500mAh/g至约1,800mAh/g、约500mAh/g至约2,200mAh/g、约700mAh/g至约900mAh/g、约700mAh/g至约1,000mAh/g、约700mAh/g至约1,400mAh/g、约700mAh/g至约1,800mAh/g、约700mAh/g至约2,200mAh/g、约900mAh/g至约1,000mAh/g、约900mAh/g至约1,400mAh/g、约900mAh/g至约1,800mAh/g、约900mAh/g至约2,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,800mAh/g、约1,000mAh/g至约2,200mAh/g、约1,400mAh/g至约1,800mAh/g、约1,400mAh/g至约2,200mAh/g、或约1,800mAh/g至约2,200mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约10次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有约410mAh/g至约1,650mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约10次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至少约410mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约10次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至多约1,650mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约10次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极的硫-比容量为约410mAh/g至约450mAh/g、约410mAh/g至约500mAh/g、约410mAh/g至约600mAh/g、约410mAh/g至约800mAh/g、约410mAh/g至约1,000mAh/g、约410mAh/g至约1,200mAh/g、约410mAh/g至约1,400mAh/g、约410mAh/g至约1,650mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约800mAh/g、约450mAh/g至约1,000mAh/g、约450mAh/g至约1,200mAh/g、约450mAh/g至约1,400mAh/g、约450mAh/g至约1,650mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,200mAh/g、约500mAh/g至约1,400mAh/g、约500mAh/g至约1,650mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,200mAh/g、约600mAh/g至约1,400mAh/g、约600mAh/g至约1,650mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,200mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,650mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,650mAh/g、约1,200mAh/g至约1,400mAh/g、约1,200mAh/g至约1,650mAh/g、或约1,400mAh/g至约1,650mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约20次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有约400mAh/g至约1,600mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约20次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至少约400mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约20次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至多约1,600mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约20次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极的硫-比容量为约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约1,000mAh/g、约400mAh/g至约1,200mAh/g、约400mAh/g至约1,400mAh/g、约400mAh/g至约1,600mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,200mAh/g、约600mAh/g至约1,400mAh/g、约600mAh/g至约1,600mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,200mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,600mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,600mAh/g、约1,200mAh/g至约1,400mAh/g、约1,200mAh/g至约1,600mAh/g、或约1,400mAh/g至约1,600mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有约330mAh/g至约1,500mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至少约330mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极具有至多约1,400mAh/g的硫-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，在约50次循环的使用之后在约0.1的C-倍率下电极的硫-比容量为约330mAh/g至约450mAh/g、约330mAh/g至约500mAh/g、约330mAh/g至约600mAh/g、约330mAh/g至约800mAh/g、约330mAh/g至约1,000mAh/g、约330mAh/g至约1,200mAh/g、约330mAh/g至约1,400mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约800mAh/g、约450mAh/g至约1,000mAh/g、约450mAh/g至约1,200mAh/g、约450mAh/g至约1,400mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,200mAh/g、约500mAh/g至约1,400mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,200mAh/g、约600mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,200mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,500mAh/g、或约1,200mAh/g至约1,400mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有约480mAh/g至约1,940mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至少约480mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下具有至多约1,940mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.1的C-倍率下的电极-比容量为约480mAh/g至约500mAh/g、约480mAh/g至约600mAh/g、约480mAh/g至约800mAh/g、约480mAh/g至约1,000mAh/g、约480mAh/g至约1,200mAh/g、约480mAh/g至约1,400mAh/g、约480mAh/g至约1,600mAh/g、约480mAh/g至约1,800mAh/g、约480mAh/g至约1,940mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,200mAh/g、约500mAh/g至约1,400mAh/g、约500mAh/g至约1,600mAh/g、约500mAh/g至约1,800mAh/g、约500mAh/g至约1,940mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,200mAh/g、约600mAh/g至约1,400mAh/g、约600mAh/g至约1,600mAh/g、约600mAh/g至约1,800mAh/g、约600mAh/g至约1,940mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,200mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,600mAh/g、约800mAh/g至约1,800mAh/g、约800mAh/g至约1,940mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,600mAh/g、约1,000mAh/g至约1,800mAh/g、约1,000mAh/g至约1,940mAh/g、约1,200mAh/g至约1,400mAh/g、约1,200mAh/g至约1,600mAh/g、约1,200mAh/g至约1,800mAh/g、约1,200mAh/g至约1,940mAh/g、约1,400mAh/g至约1,600mAh/g、约1,400mAh/g至约1,800mAh/g、约1,400mAh/g至约1,940mAh/g、约1,600mAh/g至约1,800mAh/g、约1,600mAh/g至约1,940mAh/g、或约1,800mAh/g至约1,940mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.2的C-倍率下具有约380mAh/g至约1,550mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.2的C-倍率下具有至少约380mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.2的C-倍率下具有至多约1,550mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.2的C-倍率下的电极-比容量为约380mAh/g至约400mAh/g、约380mAh/g至约500mAh/g、约380mAh/g至约600mAh/g、约380mAh/g至约800mAh/g、约380mAh/g至约1,000mAh/g、约380mAh/g至约1,200mAh/g、约380mAh/g至约1,400mAh/g、约380mAh/g至约1,550mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约1,000mAh/g、约400mAh/g至约1,200mAh/g、约400mAh/g至约1,400mAh/g、约400mAh/g至约1,550mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,200mAh/g、约500mAh/g至约1,400mAh/g、约500mAh/g至约1,550mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,200mAh/g、约600mAh/g至约1,400mAh/g、约600mAh/g至约1,550mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,200mAh/g、约800mAh/g至约1,400mAh/g、约800mAh/g至约1,550mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,400mAh/g、约1,000mAh/g至约1,550mAh/g、约1,200mAh/g至约1,400mAh/g、约1,200mAh/g至约1,550mAh/g、或约1,400mAh/g至约1,550mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.5的C-倍率下具有约300mAh/g至约1,230mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.5的C-倍率下具有至少约300mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.5的C-倍率下具有至多约1,230mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约0.5的C-倍率下的电极-比容量为约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约800mAh/g、约300mAh/g至约1,000mAh/g、约300mAh/g至约1,230mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约1,000mAh/g、约400mAh/g至约1,230mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,230mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约1,230mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约1,230mAh/g、或约1,000mAh/g至约1,230mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有约250mAh/g至约1,000mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有至少约250mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有至多约1,000mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下的电极-比容量为约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约400mAh/g、约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约600mAh/g、约250mAh/g至约700mAh/g、约250mAh/g至约800mAh/g、约250mAh/g至约900mAh/g、约250mAh/g至约1,000mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约700mAh/g、约300mAh/g至约800mAh/g、约300mAh/g至约900mAh/g、约300mAh/g至约1,000mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约700mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约900mAh/g、约400mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约900mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约900mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约700mAh/g至约800mAh/g、约700mAh/g至约900mAh/g、约700mAh/g至约1,000mAh/g、约800mAh/g至约900mAh/g、约800mAh/g至约1,000mAh/g、或约900mAh/g至约1,000mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约2.0的C-倍率下具有约190mAh/g至约770mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约2.0的C-倍率下具有至少约190mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约2.0的C-倍率下具有至多约770mAh/g的电极-比容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约2.0的C-倍率下的电极-比容量为约190mAh/g至约300mAh/g、约190mAh/g至约400mAh/g、约190mAh/g至约500mAh/g、约190mAh/g至约600mAh/g、约190mAh/g至约700mAh/g、约190mAh/g至约770mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约700mAh/g、约300mAh/g至约770mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约700mAh/g、约400mAh/g至约770mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约770mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约770mAh/g、或约700mAh/g至约770mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有约220mAh/g至约880mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有至少约220mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有至多约880mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下的电极-比放电容量为约220mAh/g至约250mAh/g、约220mAh/g至约300mAh/g、约220mAh/g至约350mAh/g、约220mAh/g至约400mAh/g、约220mAh/g至约450mAh/g、约220mAh/g至约500mAh/g、约220mAh/g至约600mAh/g、约220mAh/g至约700mAh/g、约220mAh/g至约800mAh/g、约220mAh/g至约880mAh/g、约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约350mAh/g、约250mAh/g至约400mAh/g、约250mAh/g至约450mAh/g、约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约600mAh/g、约250mAh/g至约700mAh/g、约250mAh/g至约800mAh/g、约250mAh/g至约880mAh/g、约300mAh/g至约350mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约450mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约700mAh/g、约300mAh/g至约800mAh/g、约300mAh/g至约880mAh/g、约350mAh/g至约400mAh/g、约350mAh/g至约450mAh/g、约350mAh/g至约500mAh/g、约350mAh/g至约600mAh/g、约350mAh/g至约700mAh/g、约350mAh/g至约800mAh/g、约350mAh/g至约880mAh/g、约400mAh/g至约450mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约700mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约880mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约700mAh/g、约450mAh/g至约800mAh/g、约450mAh/g至约880mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约880mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约880mAh/g、约700mAh/g至约800mAh/g、约700mAh/g至约880mAh/g、或约800mAh/g至约880mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下并且在30次循环后具有约445mAh/g至约950mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下并且在约30次循环的使用后具有至少约445mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下并且在约30次循环的使用后具有至多约950mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下并且在约30次循环的使用后的电极-比放电容量为约445mAh/g至约500mAh/g、约445mAh/g至约600mAh/g、约445mAh/g至约700mAh/g、约445mAh/g至约800mAh/g、约445mAh/g至约900mAh/g、约445mAh/g至约950mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约900mAh/g、约500mAh/g至约950mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约900mAh/g、约600mAh/g至约950mAh/g、约700mAh/g至约800mAh/g、约700mAh/g至约900mAh/g、约700mAh/g至约950mAh/g、约800mAh/g至约900mAh/g、约800mAh/g至约950mAh/g、或约900mAh/g至约950mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下并且在约500次循环的使用后具有约170mAh/g至约680mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下并且在约500次循环的使用后具有至少约170mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下并且在约500次循环的使用后具有至多约680mAh/g的电极-比放电容量。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下并且在约500次循环的使用后的电极-比放电容量为约170mAh/g至约200mAh/g、约170mAh/g至约300mAh/g、约170mAh/g至约400mAh/g、约170mAh/g至约500mAh/g、约170mAh/g至约600mAh/g、约170mAh/g至约680mAh/g、约200mAh/g至约300mAh/g、约200mAh/g至约400mAh/g、约200mAh/g至约500mAh/g、约200mAh/g至约600mAh/g、约200mAh/g至约680mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约680mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约680mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约680mAh/g、或约600mAh/g至约680mAh/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有约0.025％至约1％的电极-比容量衰减。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有至少约0.025％的电极-比容量衰减。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下具有至多约1％的电极-比容量衰减。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，其中复合材料包含硫，并且其中电极包括约90重量％的硫，电极在约1.0的C-倍率下的电极-比容量衰减为约0.025％至约0.05％、约0.025％至约0.1％、约0.025％至约0.25％、约0.025％至约0.5％、约0.025％至约0.75％、约0.025％至约1％、约0.05％至约0.1％、约0.05％至约0.25％、约0.05％至约0.5％、约0.05％至约0.75％、约0.05％至约1％、约0.1％至约0.25％、约0.1％至约0.5％、约0.1％至约0.75％、约0.1％至约1％、约0.25％至约0.5％、约0.25％至约0.75％、约0.25％至约1％、约0.5％至约0.75％、约0.5％至约1％、或约0.75％至约1％。
在一些实施方案中，电极是复合电极，其中复合材料包含过渡金属氧化物。
在一些实施方案中，过渡金属氧化物包括Nb2O5、Al2O3、V2O5、Re2O7、CrO3、CeO2、RuO2、ZrO2、MoO3、WO3、TiO2或它们的任何组合。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有约40％至约95％的负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有至少约40％的负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有至多约95％的负载比率。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极的负载比率为约40％至约50％、约40％至约60％、约40％至约70％、约40％至约80％、约40％至约90％、约40％至约95％、约50％至约60％、约50％至约70％、约50％至约80％、约50％至约90％、约50％至约95％、约60％至约70％、约60％至约80％、约60％至约90％、约60％至约95％、约70％至约80％、约70％至约90％、约70％至约95％、约80％至约90％、约80％至约95％、或约90％至约95％。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有约250F/g至约2,000F/g的电极-比重量电容。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有至少约250F/g的电极-比重量电容。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有至多约2,000F/g的电极-比重量电容。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极的电极-比重量电容为约250F/g至约500F/g、约250F/g至约750F/g、约250F/g至约1,000F/g、约250F/g至约1,250F/g、约250F/g至约1,500F/g、约250F/g至约1,750F/g、约250F/g至约2,000F/g、约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g、约1,250F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、或约1,750F/g至约2,000F/g。
在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有约0.5V至约4V的操作电压电位。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有至少约0.5V的操作电压电位。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极具有至多约4V的操作电压电位。在一些实施方案中，其中电极是复合电极，并且其中复合材料包含过渡金属氧化物，电极的操作电压电位是约0.5V至约0.75V、约0.5V至约1V、约0.5V至约2V、约0.5V至约3V、约0.5V至约4V、约0.75V至约1V、约0.75V至约2V、约0.75V至约3V、约0.75V至约4V、约1V至约2V、约1V至约3V、约1V至约4V、约2V至约3V、约2V至约4V、或约3V至约4V。
本文提供的第二实施方案是一种能量储存装置，其包含第一电极、第二电极和电解质，其中第一电极和第二电极中的至少一个包含3D石墨烯框架，其中所述3D石墨烯框架包含具有多孔结构的石墨烯片的互连导电网络，并且其中第一电极和第二电极中的至少一个还包含复合材料，该复合材料包含电容性或伪电容性材料。
在一些实施方案中，所述3D石墨烯框架包括有孔的3D石墨烯框架。
在一些实施方案中，电解质是非水电解质，其包含六氟磷酸锂、碘甲烷、硫酸二甲酯、碳酸二甲酯、四甲基氯化铵、三氟甲磺酸甲酯，重氮甲烷、氟磺酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基亚砜、硝基甲烷、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、1-2二甲氧基乙烷、1,3-二氧戊环、硝酸锂或它们的任何组合。
在一些实施方案中，该能量储存装置具有约16Wh/kg至约750Wh/kg的堆叠体-比能量密度(stack-specific energy density)。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至少约16Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至多约750Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有如下堆叠体-比能量密度：约16Wh/kg至约25Wh/kg、约16Wh/kg至约50Wh/kg、约16Wh/kg至约100Wh/kg、约16Wh/kg至约200Wh/kg、约16Wh/kg至约400Wh/kg、约16Wh/kg至约600Wh/kg、约16Wh/kg至约750Wh/kg、约25Wh/kg至约50Wh/kg、约25Wh/kg至约100Wh/kg、约25Wh/kg至约200Wh/kg、约25Wh/kg至约400Wh/kg、约25Wh/kg至约600Wh/kg、约25Wh/kg至约750Wh/kg、约50Wh/kg至约100Wh/kg、约50Wh/kg至约200Wh/kg、约50Wh/kg至约400Wh/kg、约50Wh/kg至约600Wh/kg、约50Wh/kg至约750Wh/kg、约100Wh/kg至约200Wh/kg、约100Wh/kg至约400Wh/kg、约100Wh/kg至约600Wh/kg、约100Wh/kg至约750Wh/kg、约200Wh/kg至约400Wh/kg、约200Wh/kg至约600Wh/kg、约200Wh/kg至约750Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约750Wh/kg、或约600Wh/kg至约750Wh/kg。
在一些实施方案中，该能量存储装置具有约0.5kW/kg至约20kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至少约0.5kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至多约20kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有如下的堆叠体-比功率密度：约0.5kW/kg至约1kW/kg、约0.5kW/kg至约2kW/kg、约0.5kW/kg至约5kW/kg、约0.5kW/kg至约10kW/kg、约0.5kW/kg至约15kW/kg、约0.5kW/kg至约20kW/kg、约1kW/kg至约2kW/kg、约1kW/kg至约5kW/kg、约1kW/kg至约10kW/kg、约1kW/kg至约15kW/kg、约1kW/kg至约20kW/kg、约2kW/kg至约5kW/kg、约2kW/kg至约10kW/kg、约2kW/kg至约15kW/kg、约2kW/kg至约20kW/kg、约5kW/kg至约10kW/kg、约5kW/kg至约15kW/kg、约5kW/kg至约20kW/kg、约10kW/kg至约15kW/kg、约10kW/kg至约20kW/kg、或约15kW/kg至约20kW/kg。
在一些实施方案中，该能量储存装置具有约16Wh/kg至约900Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至少约16Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至多约900Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有如下的电极-比重量能量密度：约16Wh/kg至约25Wh/kg、约16Wh/kg至约50Wh/kg、约16Wh/kg至约100Wh/kg、约16Wh/kg至约200Wh/kg、约16Wh/kg至约400Wh/kg、约16Wh/kg至约600Wh/kg、约16Wh/kg至约800Wh/kg、约16Wh/kg至约900Wh/kg、约25Wh/kg至约50Wh/kg、约25Wh/kg至约100Wh/kg、约25Wh/kg至约200Wh/kg、约25Wh/kg至约400Wh/kg、约25Wh/kg至约600Wh/kg、约25Wh/kg至约800Wh/kg、约25Wh/kg至约900Wh/kg、约50Wh/kg至约100Wh/kg、约50Wh/kg至约200Wh/kg、约50Wh/kg至约400Wh/kg、约50Wh/kg至约600Wh/kg、约50Wh/kg至约800Wh/kg、约50Wh/kg至约900Wh/kg、约100Wh/kg至约200Wh/kg、约100Wh/kg至约400Wh/kg、约100Wh/kg至约600Wh/kg、约100Wh/kg至约800Wh/kg、约100Wh/kg至约900Wh/kg、约200Wh/kg至约400Wh/kg、约200Wh/kg至约600Wh/kg、约200Wh/kg至约800Wh/kg、约200Wh/kg至约900Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约800Wh/kg、约400Wh/kg至约900Wh/kg、约600Wh/kg至约800Wh/kg、约600Wh/kg至约900Wh/kg、或约800Wh/kg至约900Wh/kg。
在一些实施方案中，该能量储存装置具有约0.5kW/kg至约40kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至少约0.5kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至多约40kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有如下的电极-比重量功率密度：约0.5kW/kg至约1kW/kg、约0.5kW/kg至约2kW/kg、约0.5kW/kg至约5kW/kg、约0.5kW/kg至约10kW/kg、约0.5kW/kg至约20kW/kg、约0.5kW/kg至约30kW/kg、约0.5kW/kg至约40kW/kg、约1kW/kg至约2kW/kg、约1kW/kg至约5kW/kg、约1kW/kg至约10kW/kg、约1kW/kg至约20kW/kg、约1kW/kg至约30kW/kg、约1kW/kg至约40kW/kg、约2kW/kg至约5kW/kg、约2kW/kg至约10kW/kg、约2kW/kg至约20kW/kg、约2kW/kg至约30kW/kg、约2kW/kg至约40kW/kg、约5kW/kg至约10kW/kg、约5kW/kg至约20kW/kg、约5kW/kg至约30kW/kg、约5kW/kg至约40kW/kg、约10kW/kg至约20kW/kg、约10kW/kg至约30kW/kg、约10kW/kg至约40kW/kg、约20kW/kg至约30kW/kg、约20kW/kg至约40kW/kg、或约30kW/kg至约40kW/kg。
在一些实施方案中，该能量存储装置具有约0.001F至约10F的总电容。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至少约0.001F的总电容。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至多约10F的总电容。在一些实施方案中，该能量存储装置具有如下的总电容：约0.001F至约0.005F、约0.001F至约0.01F、约0.001F至约0.05F、约0.001F至约0.1F、约0.001F至约0.5F、约0.001F至约1F、约0.001F至约5F、约0.001F至约10F、约0.005F至约0.01F、约0.005F至约0.05F、约0.005F至约0.1F、约0.005F至约0.5F、约0.005F至约1F、约0.005F至约5F、约0.005F至约10F、约0.01F至约0.05F、约0.01F至约0.1F、约0.01F至约0.5F、约0.01F至约1F、约0.01F至约5F、约0.01F至约10F、约0.05F至约0.1F、约0.05F至约0.5F、约0.05F至约1F、约0.05F至约5F、约0.05F至约10F、约0.1F至约0.5F、约0.1F至约1F、约0.1F至约5F、约0.1F至约10F、约0.5F至约1F、约0.5F至约5F、约0.5F至约10F、约1F至约5F、约1F至约10F、或约5F至约10F。
在一些实施方案中，该能量储存装置是袋型电池。在一些实施方案中，该能量存储装置是硬币电池。在一些实施方案中，第一电极是阴极并且第二电极是阳极。在一些实施方案中，第一电极是阳极并且第二电极是阴极，其中电解质是非水电解质。
在一些实施方案中，阳极包含复合电极，其中该复合材料包含硅，并且其中阴极包含复合电极，其中该复合材料包含硫。
在一些实施方案中，该能量储存装置具有约11Wh/m2至约45Wh/m2的面能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至少约11Wh/m2的面能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至多约45Wh/m2的面能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有如下的面能量密度：约11Wh/m2至约15Wh/m2、约11Wh/m2至约20Wh/m2、约11Wh/m2至约25Wh/m2、约11Wh/m2至约30Wh/m2、约11Wh/m2至约35Wh/m2、约11Wh/m2至约45Wh/m2、约15Wh/m2至约20Wh/m2、约15Wh/m2至约25Wh/m2、约15Wh/m2至约30Wh/m2、约15Wh/m2至约35Wh/m2、约15Wh/m2至约45Wh/m2、约20Wh/m2至约25Wh/m2、约20Wh/m2至约30Wh/m2、约20Wh/m2至约35Wh/m2、约20Wh/m2至约45Wh/m2、约25Wh/m2至约30Wh/m2、约25Wh/m2至约35Wh/m2、约25Wh/m2至约45Wh/m2、约30Wh/m2至约35Wh/m2、约30Wh/m2至约45Wh/m2、或约35Wh/m2至约45Wh/m2。
在一些实施方案中，该能量存储装置具有约85kW/m2至约360kW/m2的面功率密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至少约85kW/m2的面功率密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至多约360kW/m2的面功率密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有如下的面功率密度：约85kW/m2至约100kW/m2、约85kW/m2至约150kW/m2、约85kW/m2至约200kW/m2、约85kW/m2至约250kW/m2、约85kW/m2至约300kW/m2、约85kW/m2至约360kW/m2、约100kW/m2至约150kW/m2、约100kW/m2至约200kW/m2、约100kW/m2至约250kW/m2、约100kW/m2至约300kW/m2、约100kW/m2至约360kW/m2、约150kW/m2至约200kW/m2、约150kW/m2至约250kW/m2、约150kW/m2至约300kW/m2、约150kW/m2至约360kW/m2、约200kW/m2至约250kW/m2、约200kW/m2至约300kW/m2、约200kW/m2至约360kW/m2、约250kW/m2至约300kW/m2、约250kW/m2至约360kW/m2、或约300kW/m2至约360kW/m2。
在一些实施方案中，该能量储存装置具有约6Wh/kg至约70Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至少约6Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至多约70Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有如下的堆叠体-比能量密度：约6Wh/kg至约10Wh/kg、约6Wh/kg至约20Wh/kg、约6Wh/kg至约30Wh/kg、约6Wh/kg至约40Wh/kg、约6Wh/kg至约50Wh/kg、约6Wh/kg至约60Wh/kg、约6Wh/kg至约70Wh/kg、约10Wh/kg至约20Wh/kg、约10Wh/kg至约30Wh/kg、约10Wh/kg至约40Wh/kg、约10Wh/kg至约50Wh/kg、约10Wh/kg至约60Wh/kg、约10Wh/kg至约70Wh/kg、约20Wh/kg至约30Wh/kg、约20Wh/kg至约40Wh/kg、约20Wh/kg至约50Wh/kg、约20Wh/kg至约60Wh/kg、约20Wh/kg至约70Wh/kg、约30Wh/kg至约40Wh/kg、约30Wh/kg至约50Wh/kg、约30Wh/kg至约60Wh/kg、约30Wh/kg至约70Wh/kg、约40Wh/kg至约50Wh/kg、约40Wh/kg至约60Wh/kg、约40Wh/kg至约70Wh/kg、约50Wh/kg至约60Wh/kg、约50Wh/kg至约70Wh/kg、或约60Wh/kg至约70Wh/kg。
在一些实施方案中，该能量存储装置具有约25Wh/L至约100Wh/L的堆叠体-比体积能量密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至少约25Wh/L的堆叠体-比体积能量密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至多约100Wh/L的堆叠体-比体积能量密度。在一些实施方案中，该能量存储装置具有如下的堆叠体-比体积能量密度：约25Wh/L至约30Wh/L、约25Wh/L至约40Wh/L、约25Wh/L至约50Wh/L、约25Wh/L至约60Wh/L、约25Wh/L至约70Wh/L、约25Wh/L至约80Wh/L、约25Wh/L至约90Wh/L、约25Wh/L至约100Wh/L、约30Wh/L至约40Wh/L、约30Wh/L至约50Wh/L、约30Wh/L至约60Wh/L、约30Wh/L至约70Wh/L、约30Wh/L至约80Wh/L、约30Wh/L至约90Wh/L、约30Wh/L至约100Wh/L、约40Wh/L至约50Wh/L、约40Wh/L至约60Wh/L、约40Wh/L至约70Wh/L、约40Wh/L至约80Wh/L、约40Wh/L至约90Wh/L、约40Wh/L至约100Wh/L、约50Wh/L至约60Wh/L、约50Wh/L至约70Wh/L、约50Wh/L至约80Wh/L、约50Wh/L至约90Wh/L、约50Wh/L至约100Wh/L、约60Wh/L至约70Wh/L、约60Wh/L至约80Wh/L、约60Wh/L至约90Wh/L、约60Wh/L至约100Wh/L、约70Wh/L至约80Wh/L、约70Wh/L至约90Wh/L、约70Wh/L至约100Wh/L、约80Wh/L至约90Wh/L、约80Wh/L至约100Wh/L、或约90Wh/L至约100Wh/L。
在一些实施方案中，该能量储存装置具有约1.5Wh/kg至约240Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至少约1.5Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至多约240Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有如下的电极-比重量能量密度：约1.5Wh/kg至约5Wh/kg、约1.5Wh/kg至约10Wh/kg、约1.5Wh/kg至约20Wh/kg、约1.5Wh/kg至约50Wh/kg、约1.5Wh/kg至约100Wh/kg、约1.5Wh/kg至约150Wh/kg、约1.5Wh/kg至约200Wh/kg、约1.5Wh/kg至约240Wh/kg、约5Wh/kg至约10Wh/kg、约5Wh/kg至约20Wh/kg、约5Wh/kg至约50Wh/kg、约5Wh/kg至约100Wh/kg、约5Wh/kg至约150Wh/kg、约5Wh/kg至约200Wh/kg、约5Wh/kg至约240Wh/kg、约10Wh/kg至约20Wh/kg、约10Wh/kg至约50Wh/kg、约10Wh/kg至约100Wh/kg、约10Wh/kg至约150Wh/kg、约10Wh/kg至约200Wh/kg、约10Wh/kg至约240Wh/kg、约20Wh/kg至约50Wh/kg、约20Wh/kg至约100Wh/kg、约20Wh/kg至约150Wh/kg、约20Wh/kg至约200Wh/kg、约20Wh/kg至约240Wh/kg、约50Wh/kg至约100Wh/kg、约50Wh/kg至约150Wh/kg、约50Wh/kg至约200Wh/kg、约50Wh/kg至约240Wh/kg、约100Wh/kg至约150Wh/kg、约100Wh/kg至约200Wh/kg、约100Wh/kg至约240Wh/kg、约150Wh/kg至约200Wh/kg、约150Wh/kg至约240Wh/kg、或约200Wh/kg至约240Wh/kg。
在一些实施方案中，该能量储存装置具有约1.5kW/kg至约40kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至少约1.5kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有至多约40kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，该能量储存装置具有如下的电极-比重量功率密度：约1.5kW/kg至约5kW/kg、约1.5kW/kg至约10kW/kg、约1.5kW/kg至约20kW/kg、约1.5kW/kg至约30kW/kg、约1.5kW/kg至约40kW/kg、约5kW/kg至约10kW/kg、约5kW/kg至约20kW/kg、约5kW/kg至约30kW/kg、约5kW/kg至约40kW/kg、约10kW/kg至约20kW/kg、约10kW/kg至约30kW/kg、约10kW/kg至约40kW/kg、约20kW/kg至约30kW/kg、约20kW/kg至约40kW/kg、或30kW/kg至约40kW/kg。
在一些实施方案中，该能量存储装置具有约100F至约1,000F的总电容。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至少约100F的总电容。在一些实施方案中，该能量存储装置具有至多约1,000F的总电容。在一些实施方案中，该能量存储装置具有如下的总电容：约500F至约100F、约500F至约200F、约500F至约300F、约500F至约400F、约500F至约500F、约500F至约750F、约500F至约1,000F、约100F至约200F、约100F至约300F、约100F至约400F、约100F至约500F、约100F至约750F、约100F至约1,000F、约200F至约300F、约200F至约400F、约200F至约500F、约200F至约750F、约200F至约1,000F、约300F至约400F、约300F至约500F、约300F至约750F、约300F至约1,000F、约400F至约500F、约400F至约750F、约400F至约1,000F、约500F至约750F、约500F至约1,000F、或约750F至约1,000F。
在一些实施方案中，电极包括复合电极，该复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有约20Wh/kg至约200Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至少约20Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至多约200Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有如下的堆叠体-比能量密度：约20Wh/kg至约40Wh/kg、约20Wh/kg至约60Wh/kg、约20Wh/kg至约80Wh/kg、约20Wh/kg至约100Wh/kg、约20Wh/kg至约120Wh/kg、约20Wh/kg至约160Wh/kg、约20Wh/kg至约180Wh/kg、约20Wh/kg至约200Wh/kg、约40Wh/kg至约60Wh/kg、约40Wh/kg至约80Wh/kg、约40Wh/kg至约100Wh/kg、约40Wh/kg至约120Wh/kg、约40Wh/kg至约160Wh/kg、约40Wh/kg至约180Wh/kg、约40Wh/kg至约200Wh/kg、约60Wh/kg至约80Wh/kg、约60Wh/kg至约100Wh/kg、约60Wh/kg至约120Wh/kg、约60Wh/kg至约160Wh/kg、约60Wh/kg至约180Wh/kg、约60Wh/kg至约200Wh/kg、约80Wh/kg至约100Wh/kg、约80Wh/kg至约120Wh/kg、约80Wh/kg至约160Wh/kg、约80Wh/kg至约180Wh/kg、约80Wh/kg至约200Wh/kg、约100Wh/kg至约120Wh/kg、约100Wh/kg至约160Wh/kg、约100Wh/kg至约180Wh/kg、约100Wh/kg至约200Wh/kg、约120Wh/kg至约160Wh/kg、约120Wh/kg至约180Wh/kg、约120Wh/kg至约200Wh/kg、约160Wh/kg至约180Wh/kg、约160Wh/kg至约200Wh/kg、或约180Wh/kg至约200Wh/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有约0.5kW/kg至约20kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至少约0.5kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至多约20kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有如下的堆叠体-比功率密度：约0.5kW/kg至约1kW/kg、约0.5kW/kg至约2kW/kg、约0.5kW/kg至约5kW/kg、约0.5kW/kg至约10kW/kg、约0.5kW/kg至约15kW/kg、约0.5kW/kg至约20kW/kg、约1kW/kg至约2kW/kg、约1kW/kg至约5kW/kg、约1kW/kg至约10kW/kg、约1kW/kg至约15kW/kg、约1kW/kg至约20kW/kg、约2kW/kg至约5kW/kg、约2kW/kg至约10kW/kg、约2kW/kg至约15kW/kg、约2kW/kg至约20kW/kg、约5kW/kg至约10kW/kg、约5kW/kg至约15kW/kg、约5kW/kg至约20kW/kg、约10kW/kg至约15kW/kg、约10kW/kg至约20kW/kg、或约15kW/kg至约20kW/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有约60Wh/kg至约500Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至少约60Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至多约500Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有如下的电极-比重量能量密度：约60Wh/kg至约80Wh/kg、约60Wh/kg至约100Wh/kg、约60Wh/kg至约150Wh/kg、约60Wh/kg至约200Wh/kg、约60Wh/kg至约250Wh/kg、约60Wh/kg至约300Wh/kg、约60Wh/kg至约350Wh/kg、约60Wh/kg至约400Wh/kg、约60Wh/kg至约500Wh/kg、约80Wh/kg至约100Wh/kg、约80Wh/kg至约150Wh/kg、约80Wh/kg至约200Wh/kg、约80Wh/kg至约250Wh/kg、约80Wh/kg至约300Wh/kg、约80Wh/kg至约350Wh/kg、约80Wh/kg至约400Wh/kg、约80Wh/kg至约500Wh/kg、约100Wh/kg至约150Wh/kg、约100Wh/kg至约200Wh/kg、约100Wh/kg至约250Wh/kg、约100Wh/kg至约300Wh/kg、约100Wh/kg至约350Wh/kg、约100Wh/kg至约400Wh/kg、约100Wh/kg至约500Wh/kg、约150Wh/kg至约200Wh/kg、约150Wh/kg至约250Wh/kg、约150Wh/kg至约300Wh/kg、约150Wh/kg至约350Wh/kg、约150Wh/kg至约400Wh/kg、约150Wh/kg至约500Wh/kg、约200Wh/kg至约250Wh/kg、约200Wh/kg至约300Wh/kg、约200Wh/kg至约350Wh/kg、约200Wh/kg至约400Wh/kg、约200Wh/kg至约500Wh/kg、约250Wh/kg至约300Wh/kg、约250Wh/kg至约350Wh/kg、约250Wh/kg至约400Wh/kg、约250Wh/kg至约500Wh/kg、约300Wh/kg至约350Wh/kg、约300Wh/kg至约400Wh/kg、约300Wh/kg至约500Wh/kg、约350Wh/kg至约400Wh/kg、约350Wh/kg至约500Wh/kg、或约400Wh/kg至约500Wh/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有约1.5kW/kg至约20kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至少约1.5kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至多约20kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有如下的电极-比重量功率密度：约1.5kW/kg至约2kW/kg、约1.5kW/kg至约3kW/kg、约1.5kW/kg至约5kW/kg、约1.5kW/kg至约10kW/kg、约1.5kW/kg至约15kW/kg、约1.5kW/kg至约20kW/kg、约2kW/kg至约3kW/kg、约2kW/kg至约5kW/kg、约2kW/kg至约10kW/kg、约2kW/kg至约15kW/kg、约2kW/kg至约20kW/kg、约3kW/kg至约5kW/kg、约3kW/kg至约10kW/kg、约3kW/kg至约15kW/kg、约3kW/kg至约20kW/kg、约5kW/kg至约10kW/kg、约5kW/kg至约15kW/kg、约5kW/kg至约20kW/kg、约10kW/kg至约15kW/kg、约10kW/kg至约20kW/kg、或约15kW/kg至约20kW/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有约50F至约1,000F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至少约50F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有至多约1,000F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硅，该能量储存装置具有如下的总电容：约50F至约100F、约50F至约200F、约50F至约300F、约50F至约400F、约50F至约500F、约50F至约750F、约50F至约1,000F、约100F至约200F、约100F至约300F、约100F至约400F、约100F至约500F、约100F至约750F、约100F至约1,000F、约200F至约300F、约200F至约400F、约200F至约500F、约200F至约750F、约200F至约1,000F、约300F至约400F、约300F至约500F、约300F至约750F、约300F至约1,000F、约400F至约500F、约400F至约750F、约400F至约1,000F、约500F至约750F、约500F至约1,000F、或约750F至约1,000F。
在一些实施方案中，电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫。
在一些实施方案中，电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，并且其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有约16Wh/kg至约750Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，并且其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至少约16Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，并且其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至多约750Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，并且其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有如下的堆叠体-比能量密度：约16Wh/kg至约25Wh/kg、约16Wh/kg至约50Wh/kg、约16Wh/kg至约100Wh/kg、约16Wh/kg至约200Wh/kg、约16Wh/kg至约300Wh/kg、约16Wh/kg至约400Wh/kg、约16Wh/kg至约500Wh/kg、约16Wh/kg至约600Wh/kg、约16Wh/kg至约750Wh/kg、约25Wh/kg至约50Wh/kg、约25Wh/kg至约100Wh/kg、约25Wh/kg至约200Wh/kg、约25Wh/kg至约300Wh/kg、约25Wh/kg至约400Wh/kg、约25Wh/kg至约500Wh/kg、约25Wh/kg至约600Wh/kg、约25Wh/kg至约750Wh/kg、约50Wh/kg至约100Wh/kg、约50Wh/kg至约200Wh/kg、约50Wh/kg至约300Wh/kg、约50Wh/kg至约400Wh/kg、约50Wh/kg至约500Wh/kg、约50Wh/kg至约600Wh/kg、约50Wh/kg至约750Wh/kg、约100Wh/kg至约200Wh/kg、约100Wh/kg至约300Wh/kg、约100Wh/kg至约400Wh/kg、约100Wh/kg至约500Wh/kg、约100Wh/kg至约600Wh/kg、约100Wh/kg至约750Wh/kg、约200Wh/kg至约300Wh/kg、约200Wh/kg至约400Wh/kg、约200Wh/kg至约500Wh/kg、约200Wh/kg至约600Wh/kg、约200Wh/kg至约750Wh/kg、约300Wh/kg至约400Wh/kg、约300Wh/kg至约500Wh/kg、约300Wh/kg至约600Wh/kg、约300Wh/kg至约750Wh/kg、约400Wh/kg至约500Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约750Wh/kg、约500Wh/kg至约600Wh/kg、约500Wh/kg至约750Wh/kg、或约600Wh/kg至约750Wh/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有约0.5kW/kg至约8kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至少约0.5kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至多约8kW/kg的堆叠体-比功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有如下的堆叠体-比功率密度：约0.5kW/kg至约1kW/kg、约0.5kW/kg至约2kW/kg、约0.5kW/kg至约3kW/kg、约0.5kW/kg至约4kW/kg、约0.5kW/kg至约5kW/kg、约0.5kW/kg至约6kW/kg、约0.5kW/kg至约7kW/kg、约0.5kW/kg至约8kW/kg、约1kW/kg至约2kW/kg、约1kW/kg至约3kW/kg、约1kW/kg至约4kW/kg、约1kW/kg至约5kW/kg、约1kW/kg至约6kW/kg、约1kW/kg至约7kW/kg、约1kW/kg至约8kW/kg、约2kW/kg至约3kW/kg、约2kW/kg至约4kW/kg、约2kW/kg至约5kW/kg、约2kW/kg至约6kW/kg、约2kW/kg至约7kW/kg、约2kW/kg至约8kW/kg、约3kW/kg至约4kW/kg、约3kW/kg至约5kW/kg、约3kW/kg至约6kW/kg、约3kW/kg至约7kW/kg、约3kW/kg至约8kW/kg、约4kW/kg至约5kW/kg、约4kW/kg至约6kW/kg、约4kW/kg至约7kW/kg、约4kW/kg至约8kW/kg、约5kW/kg至约6kW/kg、约5kW/kg至约7kW/kg、约5kW/kg至约8kW/kg、约6kW/kg至约7kW/kg、约6kW/kg至约8kW/kg、或约7kW/kg至约8kW/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有约250Wh/kg至约750Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至少约250Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至多约750Wh/kg的电极-比重量能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有如下的电极-比重量能量密度：约250Wh/kg至约300Wh/kg、约250Wh/kg至约400Wh/kg、约250Wh/kg至约500Wh/kg、约250Wh/kg至约600Wh/kg、约250Wh/kg至约750Wh/kg、约300Wh/kg至约400Wh/kg、约300Wh/kg至约500Wh/kg、约300Wh/kg至约600Wh/kg、约300Wh/kg至约750Wh/kg、约400Wh/kg至约500Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约750Wh/kg、约500Wh/kg至约600Wh/kg、约500Wh/kg至约750Wh/kg、或约600Wh/kg至约750Wh/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有约0.5kW/kg至约18kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至少约0.5kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至多约18kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有如下的电极-比重量功率密度：约0.5kW/kg至约1kW/kg、约0.5kW/kg至约2kW/kg、约0.5kW/kg至约4kW/kg、约0.5kW/kg至约6kW/kg、约0.5kW/kg至约8kW/kg、约0.5kW/kg至约12kW/kg、约0.5kW/kg至约14kW/kg、约0.5kW/kg至约16kW/kg、约0.5kW/kg至约18kW/kg、约1kW/kg至约2kW/kg、约1kW/kg至约4kW/kg、约1kW/kg至约6kW/kg、约1kW/kg至约8kW/kg、约1kW/kg至约12kW/kg、约1kW/kg至约14kW/kg、约1kW/kg至约16kW/kg、约1kW/kg至约18kW/kg、约2kW/kg至约4kW/kg、约2kW/kg至约6kW/kg、约2kW/kg至约8kW/kg、约2kW/kg至约12kW/kg、约2kW/kg至约14kW/kg、约2kW/kg至约16kW/kg、约2kW/kg至约18kW/kg、约4kW/kg至约6kW/kg、约4kW/kg至约8kW/kg、约4kW/kg至约12kW/kg、约4kW/kg至约14kW/kg、约4kW/kg至约16kW/kg、约4kW/kg至约18kW/kg、约6kW/kg至约8kW/kg、约6kW/kg至约12kW/kg、约6kW/kg至约14kW/kg、约6kW/kg至约16kW/kg、约6kW/kg至约18kW/kg、约8kW/kg至约12kW/kg、约8kW/kg至约14kW/kg、约8kW/kg至约16kW/kg、约8kW/kg至约18kW/kg、约12kW/kg至约14kW/kg、约12kW/kg至约16kW/kg、约12kW/kg至约18kW/kg、约14kW/kg至约16kW/kg、约14kW/kg至约18kW/kg、或约16kW/kg至约18kW/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有约50F至约1,000F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至少约50F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有至多约1,000F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫，该能量存储装置具有如下的总电容：约50F至约100F、约50F至约200F、约50F至约300F、约50F至约400F、约50F至约500F、约50F至约750F、约50F至约1,000F、约100F至约200F、约100F至约300F、约100F至约400F、约100F至约500F、约100F至约750F、约100F至约1,000F、约200F至约300F、约200F至约400F、约200F至约500F、约200F至约750F、约200F至约1,000F、约300F至约400F、约300F至约500F、约300F至约750F、约300F至约1,000F、约400F至约500F、约400F至约750F、约400F至约1,000F、约500F至约750F、约500F至约1,000F、或约750F至约1,000F。
在一些实施方案中，电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含硫过渡金属氧化物。
在一些实施方案中，过渡金属氧化物包括氧化铪(IV)、二氧化锇、氧化钯(II)、氧化铼(IV)、钌酸锶、钛酸锶、五氧化二钨、三氧化钨、钇钡铜氧化物、五氧化二铌、或它们的任何组合。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，并且其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有约8Wh/kg至约90Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，并且其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至少约8Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，并且其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至多约90Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，并且其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有如下的堆叠体-比能量密度：约8Wh/kg至约10Wh/kg、约8Wh/kg至约20Wh/kg、约8Wh/kg至约30Wh/kg、约8Wh/kg至约40Wh/kg、约8Wh/kg至约50Wh/kg、约8Wh/kg至约60Wh/kg、约8Wh/kg至约70Wh/kg、约8Wh/kg至约80Wh/kg、约8Wh/kg至约90Wh/kg、约10Wh/kg至约20Wh/kg、约10Wh/kg至约30Wh/kg、约10Wh/kg至约40Wh/kg、约10Wh/kg至约50Wh/kg、约10Wh/kg至约60Wh/kg、约10Wh/kg至约70Wh/kg、约10Wh/kg至约80Wh/kg、约10Wh/kg至约90Wh/kg、约20Wh/kg至约30Wh/kg、约20Wh/kg至约40Wh/kg、约20Wh/kg至约50Wh/kg、约20Wh/kg至约60Wh/kg、约20Wh/kg至约70Wh/kg、约20Wh/kg至约80Wh/kg、约20Wh/kg至约90Wh/kg、约30Wh/kg至约40Wh/kg、约30Wh/kg至约50Wh/kg、约30Wh/kg至约60Wh/kg、约30Wh/kg至约70Wh/kg、约30Wh/kg至约80Wh/kg、约30Wh/kg至约90Wh/kg、约40Wh/kg至约50Wh/kg、约40Wh/kg至约60Wh/kg、约40Wh/kg至约70Wh/kg、约40Wh/kg至约80Wh/kg、约40Wh/kg至约90Wh/kg、约50Wh/kg至约60Wh/kg、约50Wh/kg至约70Wh/kg、约50Wh/kg至约80Wh/kg、约50Wh/kg至约90Wh/kg、约60Wh/kg至约70Wh/kg、约60Wh/kg至约80Wh/kg、约60Wh/kg至约90Wh/kg、约70Wh/kg至约80Wh/kg、约70Wh/kg至约90Wh/kg、或约80Wh/kg至约90Wh/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有约0.5kW/kg至约20kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至少约0.5kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至多约20kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有如下的电极-比重量功率密度：约0.5kW/kg至约1kW/kg、约0.5kW/kg至约5kW/kg、约0.5kW/kg至约10kW/kg、约0.5kW/kg至约15kW/kg、约0.5kW/kg至约20kW/kg、约1kW/kg至约5kW/kg、约1kW/kg至约10kW/kg、约1kW/kg至约15kW/kg、约1kW/kg至约20kW/kg、约5kW/kg至约10kW/kg、约5kW/kg至约15kW/kg、约5kW/kg至约20kW/kg、约10kW/kg至约15kW/kg、约10kW/kg至约20kW/kg、或约15kW/kg至约20kW/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有约20Wh/kg至约280Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至少约20Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至多约280Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有如下的堆叠体-比能量密度：约20Wh/kg至约40Wh/kg、约20Wh/kg至约60Wh/kg、约20Wh/kg至约80Wh/kg、约20Wh/kg至约100Wh/kg、约20Wh/kg至约140Wh/kg、约20Wh/kg至约180Wh/kg、约20Wh/kg至约220Wh/kg、约20Wh/kg至约280Wh/kg、约40Wh/kg至约60Wh/kg、约40Wh/kg至约80Wh/kg、约40Wh/kg至约100Wh/kg、约40Wh/kg至约140Wh/kg、约40Wh/kg至约180Wh/kg、约40Wh/kg至约220Wh/kg、约40Wh/kg至约280Wh/kg、约60Wh/kg至约80Wh/kg、约60Wh/kg至约100Wh/kg、约60Wh/kg至约140Wh/kg、约60Wh/kg至约180Wh/kg、约60Wh/kg至约220Wh/kg、约60Wh/kg至约280Wh/kg、约80Wh/kg至约100Wh/kg、约80Wh/kg至约140Wh/kg、约80Wh/kg至约180Wh/kg、约80Wh/kg至约220Wh/kg、约80Wh/kg至约280Wh/kg、约100Wh/kg至约140Wh/kg、约100Wh/kg至约180Wh/kg、约100Wh/kg至约220Wh/kg、约100Wh/kg至约280Wh/kg、约140Wh/kg至约180Wh/kg、约140Wh/kg至约220Wh/kg、约140Wh/kg至约280Wh/kg、约180Wh/kg至约220Wh/kg、约180Wh/kg至约280Wh/kg、或约220Wh/kg至约280Wh/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有约1.5kW/kg至约40kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至少约1.5kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至多约40kW/kg的电极-比重量功率密度。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有如下的电极-比重量功率密度：约1.5kW/kg至约3kW/kg、约1.5kW/kg至约5kW/kg、约1.5kW/kg至约10kW/kg、约1.5kW/kg至约20kW/kg、约1.5kW/kg至约30kW/kg、约1.5kW/kg至约40kW/kg、约3kW/kg至约5kW/kg、约3kW/kg至约10kW/kg、约3kW/kg至约20kW/kg、约3kW/kg至约30kW/kg、约3kW/kg至约40kW/kg、约5kW/kg至约10kW/kg、约5kW/kg至约20kW/kg、约5kW/kg至约30kW/kg、约5kW/kg至约40kW/kg、约10kW/kg至约20kW/kg、约10kW/kg至约30kW/kg、约10kW/kg至约40kW/kg、约20kW/kg至约30kW/kg、约20kW/kg至约40kW/kg、或约30kW/kg至约40kW/kg。
在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有约50F至约1,000F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至少约50F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有至多约1,000F的总电容。在一些实施方案中，其中电极包括复合电极，所述复合电极包含复合材料，其中该复合材料包含过渡金属氧化物，该能量存储装置具有如下的总电容：约50F至约100F、约50F至约200F、约50F至约300F、约50F至约400F、约50F至约500F、约50F至约750F、约50F至约1,000F、约100F至约200F、约100F至约300F、约100F至约400F、约100F至约500F、约100F至约750F、约100F至约1,000F、约200F至约300F、约200F至约400F、约200F至约500F、约200F至约750F、约200F至约1,000F、约300F至约400F、约300F至约500F、约300F至约750F、约300F至约1,000F、约400F至约500F、约400F至约750F、约400F至约1,000F、约500F至约750F、约500F至约1,000F、或约750F至约1,000F。
在一些实施方案中，第一电极和第二电极包括复合电极，其中该第一电极的复合材料包含硅，并且其中该第二电极的复合材料包含硫。
在一些实施方案中，其中第一电极和第二电极包括复合电极，其中该第一电极的复合材料包含硅，并且其中该第二电极的复合材料包含硫，该能量存储装置具有约75Wh/kg至约900Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中第一电极和第二电极包括复合电极，其中该第一电极的复合材料包含硅，并且其中该第二电极的复合材料包含硫，该能量存储装置具有至少约75Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中第一电极和第二电极包括复合电极，其中该第一电极的复合材料包含硅，并且其中该第二电极的复合材料包含硫，该能量存储装置具有至多约900Wh/kg的堆叠体-比能量密度。在一些实施方案中，其中第一电极和第二电极包括复合电极，其中该第一电极的复合材料包含硅，并且其中该第二电极的复合材料包含硫，该能量存储装置具有如下的堆叠体-比能量密度：约75Wh/kg至约100Wh/kg、约75Wh/kg至约200Wh/kg、约75Wh/kg至约300Wh/kg、约75Wh/kg至约400Wh/kg、约75Wh/kg至约500Wh/kg、约75Wh/kg至约600Wh/kg、约75Wh/kg至约700Wh/kg、约75Wh/kg至约800Wh/kg、约75Wh/kg至约900Wh/kg、约100Wh/kg至约200Wh/kg、约100Wh/kg至约300Wh/kg、约100Wh/kg至约400Wh/kg、约100Wh/kg至约500Wh/kg、约100Wh/kg至约600Wh/kg、约100Wh/kg至约700Wh/kg、约100Wh/kg至约800Wh/kg、约100Wh/kg至约900Wh/kg、约200Wh/kg至约300Wh/kg、约200Wh/kg至约400Wh/kg、约200Wh/kg至约500Wh/kg、约200Wh/kg至约600Wh/kg、约200Wh/kg至约700Wh/kg、约200Wh/kg至约800Wh/kg、约200Wh/kg至约900Wh/kg、约300Wh/kg至约400Wh/kg、约300Wh/kg至约500Wh/kg、约300Wh/kg至约600Wh/kg、约300Wh/kg至约700Wh/kg、约300Wh/kg至约800Wh/kg、约300Wh/kg至约900Wh/kg、约400Wh/kg至约500Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约700Wh/kg、约400Wh/kg至约800Wh/kg、约400Wh/kg至约900Wh/kg、约500Wh/kg至约600Wh/kg、约500Wh/kg至约700Wh/kg、约500Wh/kg至约800Wh/kg、约500Wh/kg至约900Wh/kg、约600Wh/kg至约700Wh/kg、约600Wh/kg至约800Wh/kg、约600Wh/kg至约900Wh/kg、约700Wh/kg至约800Wh/kg、约700Wh/kg至约900Wh/kg、或约800Wh/kg至约900Wh/kg。
本文提出的第三实施方案是一种构成电极的方法，该方法包括：形成氧化石墨烯和第一溶剂的溶液；加热该溶液以形成有孔氧化石墨烯；对溶液中的有孔氧化石墨烯进行离心处理；在第二溶剂中清洗该有孔氧化石墨烯；形成该有孔氧化石墨烯在第三溶剂中的分散体；和向分散体中添加酸以形成有孔氧化石墨烯框架；
在一些实施方案中，该方法能够以卷到卷工艺形成电极。在一些实施方案中，该方法能够以卷到卷工艺连续形成电极。
在一些实施方案中，溶液中氧化石墨烯的浓度为约1.2g/L至约5g/L。在一些实施方案中，溶液中氧化石墨烯的浓度为至少约1.2g/L。在一些实施方案中，溶液中氧化石墨烯的浓度为至多约5g/L。在一些实施方案中，溶液中氧化石墨烯的浓度为：约1.2g/L至约1.5g/L、约1.2g/L至约1.75g/L、约1.2g/L至约2g/L、约1.2g/L至约2.5g/L、约1.2g/L至约3g/L、约1.2g/L至约3.5g/L、约1.2g/L至约4g/L、约1.2g/L至约5g/L、约1.5g/L至约1.75g/L、约1.5g/L至约2g/L、约1.5g/L至约2.5g/L、约1.5g/L至约3g/L、约1.5g/L至约3.5g/L、约1.5g/L至约4g/L、约1.5g/L至约5g/L、约1.75g/L至约2g/L、约1.75g/L至约2.5g/L、约1.75g/L至约3g/L、约1.75g/L至约3.5g/L、约1.75g/L至约4g/L、约1.75g/L至约5g/L、约2g/L至约2.5g/L、约2g/L至约3g/L、约2g/L至约3.5g/L、约2g/L至约4g/L、约2g/L至约5g/L、约2.5g/L至约3g/L、约2.5g/L至约3.5g/L、约2.5g/L至约4g/L、约2.5g/L至约5g/L、约3g/L至约3.5g/L、约3g/L至约4g/L、约3g/L至约5g/L、约3.5g/L至约4g/L、约3.5g/L至约5g/L、或约4g/L至约5g/L。
在一些实施方案中，第一溶剂包含氧化剂，其包括氧气、臭氧、过氧化氢、萤石二氧化物、过氧化锂、过氧化钡、氟、氯、硝酸、硝酸盐化合物、硫酸、过氧二硫酸、过氧单硫酸、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、卤素化合物、次氯酸盐、次卤酸盐化合物、家用漂白剂、六价铬化合物、铬酸、重铬酸、三氧化铬、氯铬酸吡啶鎓、铬酸盐化合物、重铬酸盐化合物、高锰酸盐化合物、高锰酸钾、过硼酸钠、一氧化二氮、硝酸钾、铋酸钠或它们的任何组合。
在一些实施方案中，将溶液加热到约50℃至约200℃的温度。在一些实施方案中，将溶液加热到至少约50℃的温度。在一些实施方案中，将溶液加热到至多约200℃的温度。在一些实施方案中，将溶液加热到如下温度：约50℃至约75℃、约50℃至约100℃、约50℃至约125℃、约50℃至约150℃、约50℃至约175℃、约50℃至约200℃、约75℃至约100℃、约75℃至约125℃、约75℃至约150℃、约75℃至约175℃、约75℃至约200℃、约100℃至约125℃、约100℃至约150℃、约100℃至约175℃、约100℃至约200℃、约125℃至约150℃、约125℃至约175℃、约125℃至约200℃、约150℃至约175℃、约150℃至约200℃、或约175℃至约200℃。
在一些实施方案中，加热溶液的时间段为约12小时至约48小时。在一些实施方案中，加热溶液的时间段为至少约12小时。在一些实施方案中，加热溶液的时间段为至多约48小时。在一些实施方案中，加热溶液的时间段为：约12小时至约18小时、约12小时至约24小时、约12小时至约30小时、约12小时至约36小时、约12小时至约42小时、约12小时至约48小时、约18小时至约24小时、约18小时至约30小时、约18小时至约36小时、约18小时至约42小时、约18小时至约48小时、约24小时至约30小时、约24小时至约36小时、约24小时至约42小时、约24小时至约48小时、约30小时至约36小时、约30小时至约42小时、约30小时至约48小时、约36小时至约42小时、约36小时至约48小时、或约42小时至约48小时。
在一些实施方案中，第二溶剂和第三溶剂中的至少一种包含甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水或它们的任何组合。
在一些实施方案中，所述酸包括弱酸。在一些实施方案中，弱酸包括甲酸乙酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、硫化氢或它们的任何组合。
一些实施方案还包括将有孔氧化石墨烯框架压到金属泡沫上，所述金属泡沫包括钢、不锈镍、铝、铜、铋、铬、钴、镓、金、铁、铟、铅、镁、汞、银、钠、锡、钛、锌、锆、青铜或它们的任何组合。
一些实施方案还包括将有孔氧化石墨烯框架沉积到集流体上，所述集流体包括：金属膜，该金属膜包含银、铜、金、铝、钙、钨、锌、钨、黄铜、青铜、镍、锂、铁、铂、锡、碳钢、铅、钛、不锈钢、汞、铬、砷化镓或它们的任何组合；或聚合物膜，该聚合物膜包含聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基、聚吡咯、聚咔唑、聚吲哚、聚吖庚因(polyazepinem)、聚苯胺、聚噻吩、聚3,4-亚乙基二氧噻吩、聚对苯硫醚、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基，或它们的任何组合。
在一些实施方案中，第一溶剂包含氧化剂，其中该氧化剂包括氧气、臭氧、过氧化氢、萤石二氧化物、过氧化锂、过氧化钡、氟、氯、硝酸、硝酸盐化合物、硫酸、过氧二硫酸、过氧单硫酸、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、卤素化合物、次氯酸盐、次卤酸盐化合物、家用漂白剂、六价铬化合物、铬酸、重铬酸、三氧化铬、氯铬酸吡啶鎓、铬酸盐化合物、重铬酸盐化合物、高锰酸盐化合物、高锰酸钾、过硼酸钠、一氧化二氮、硝酸钾、铋酸钠或它们的任何组合。
在一些实施方案中，第二溶剂包括甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水或它们的任何组合。
在一些实施方案中，第三溶剂包括甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水或它们的任何组合。
在一些实施方案中，所述酸包括弱酸。在一些实施方案中，弱酸包括甲酸乙酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、硫化氢或它们的任何组合。
一些实施方案还包括将分散体置于容器中。
一些实施方案还包括将有孔氧化石墨烯框架压到泡沫上，其中所述泡沫是金属泡沫，该金属泡沫包括钢、不锈镍、铝、铜、铋、铬、钴、镓、金、铁、铟、铅、镁、汞、银、钠、锡、钛、锌、锆、青铜或它们的任何组合。
一些实施方案还包括将有孔氧化石墨烯框架沉积到集流体上。
在一些实施方案中，集流体包括金属性膜或聚合物膜或它们的任何组合，其中金属性膜包括金属膜，该金属膜包含银、铜、金、铝、钙、钨、锌、钨、黄铜、青铜、镍、锂、铁、铂、锡、碳钢、铅、钛、不锈钢、汞、铬、砷化镓或它们的任何组合。
在一些实施方案中，集流体包含聚合物膜，其中该聚合物膜包含聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基、聚吡咯、聚咔唑、聚吲哚、聚吖庚因、聚苯胺、聚噻吩、聚3,4-亚乙基二氧噻吩、聚对苯硫醚、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基，或它们的任何组合。
本文提供的第四方面是一种用具有超高硫含量的三维石墨烯框架构建电极的方法，该方法包括：合成氧化石墨烯，包括：形成氧化石墨烯悬浮液并干燥所述悬浮液；以及合成复合物硫-氧化石墨烯，包括：将硫前体添加到氧化石墨烯悬浮液和第一溶剂；添加第一酸以形成第一溶液，搅拌该第一溶液，向第一溶液中添加第二酸以形成第二溶液，加热该第二溶液，在第二溶剂中清洗第二溶液，以及冷冻干燥该第二溶液。
在一些实施方案中，硫前体包括硫代硫酸钠、碱性硫代硫酸钠、硫代硫酸铵、硫代硫酸钡、硫代硫酸钙、脱水硫代硫酸钠金(I)、硫代硫酸钾、硫酸盐或它们的任何组合。
在一些实施方案中，硫酸盐包括：碱式硫酸铝铵、碱式硫酸铁铵、碱式氧化硫酸铝钡、硫酸铬酸钡、硫酸钡、砷菱铅矾碱式硫酸砷酸铁铅、碱式硫酸砷酸铝钙、碱式氧化硫酸铝钙、硫酸钙、碱式硫酸铝铁铜、碱式硫酸碳酸铅铜、碱式硫酸铜、水合碱式硫酸铝、水合碱式硫酸硼氢化硅铝钙、水合碱式氟化硫酸铝钙、水合碱式铝钙、水合硫酸碳酸钙、水合碱式硫酸铜钙、水合碱式硫酸锌铜钙、水合碱式四氢硼酸硫酸锰铝铁钙、水合碱式氯化硫酸碳酸镁钙、水合碱式硫酸碳酸锰钙、水合碱式硫酸锰钙、水合碱式硫酸碳酸硅钙、水合硫酸钙、水合硫酸铝镍镁钴、水合硫酸镍锰钴、水合硫酸钴、水合氯化碱式硫酸铝铜、水合碱式硫酸铝铜、水合碱式硫酸碳酸铜、水合硫酸锌铁铜、水合氯化碱式硫酸铜、水合碱式硫酸铜、水合硫酸铜、水合硫酸铜，水合硫酸铀酰铜，水合碱式硫酸锌铜、水合碱式硫酸砷酸铝钙氢、水合硫酸铝铁、水合硫酸铝铬镍镁铁、水合碱式硫酸镁铁、水合碱式硫酸铁、水合碱式硫酸铁、水合硫酸铁、水合硫酸铁，水合硫酸铁、水合硫酸铁、水合硫酸铁、水合硫酸铝镁、水合碱式硫酸铁镁、水合碱式硫酸锌锰镁、水合碱式硫酸碳酸铝铬铁镍镁、水合硫酸镁、水合硫酸镁、水合硫酸镁、水合硫酸镁、水合硫酸镁、水合碱式硫酸锰锌镁、水合硫酸铝锰、水合硫酸锰、水合硫酸锰、水合硫酸锰、水合硫酸铁锌锰、水合硫酸铁镍、水合硫酸镍、水合硫酸镍、水合物硫酸铝钾、水合硫酸镁钙钾、水合硫酸铁钾、水合硫酸镁钾、水合硫酸硝酸铁钠钾、水合硫酸硝酸镁钠钾、水合碱式硫酸铀酰钾，水合碱式硫酸硅酸铝锌镁钙钠、水合硫酸镁钠、水合硫酸钠、水合碱式硫酸铀酰、水合硫酸铁铜锌、水合硫酸铝锰铁锌、水合硫酸镁锌、水合硫酸锰锌、水合硫酸锌、碱式硫酸铁水合氢、碱式硫酸砷酸铝铅、碱式硫酸磷酸铝铅、碱式硫酸铝铜铅、碱式硫酸铝铁铜铅、碱式硫酸铜铅、碱式硅酸硫酸铜铅、碱式硫酸砷酸镓铅、碱式硫酸磷酸铁铅、碱式硫酸铁铅、碱式硫酸铁铅、碱式硫酸磷酸铝锶铅、硫酸铅、硫酸铅、碱式硫酸碳酸铁锌锰镁、碱式硫酸铝钾、碱式硫酸铁钾、硫酸钠钾、碱式硫酸铁银、碱式硫酸铁银、碱式硫酸铝钠，碱式氯化硫酸硼酸钙钠、碱式硫酸铝钾钙钠、硫酸钙钠、硫酸碳酸钠、硫酸碘酸钠(sodium iolate sulfate)、碱式硫酸铁钠、硫酸镁钠、氯化硫酸碳酸钾钠、硫酸钠、碱式硫酸磷酸铝锶、碱式硫酸砷酸铝铯锶、硫酸锶、碱式硫酸铁钾铊、或它们的任何组合。
在一些实施方案中，第一溶剂和第二溶剂中的至少一种包括甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水、去离子水或它们的任何组合。
在一些实施方案中，第一酸包括高氯酸、氢碘酸、氢溴酸、盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、或它们的任何组合。
在一些实施方案中，第二酸包括甲酸、抗坏血酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、硫化氢、或它们的任何组合。
在一些实施方案中，硫前体的浓度是约0.5M至约2M。在一些实施方案中，硫前体的浓度是至少约0.5M。在一些实施方案中，硫前体的浓度是至多约2M。在一些实施方案中，硫前体的浓度是：约0.5M至约0.75M、约0.5M至约1M、约0.5M至约1.25M、约0.5M至约1.5M、约0.5M至约1.75M、约0.5M至约2M、约0.75M至约1M、约0.75M至约1.25M、约0.75M至约1.5M、约0.75M至约1.75M、约0.75M至约2M、约1M至约1.25M、约1M至约1.5M、约1M至约1.75M、约1M至约2M、约1.25M至约1.5M、约1.25M至约1.75M、约1.25M至约2M、约1.5M至约1.75M、约1.5M至约2M、或约1.75M至约2M。
在一些实施方案中，GO悬浮液的浓度是约1.1g/L至约4.6g/L。在一些实施方案中，GO悬浮液的浓度是至少约1.1g/L。在一些实施方案中，GO悬浮液的浓度是至多约4.6g/L。在一些实施方案中，GO悬浮液的浓度是：约1.1g/L至约1.25g/L、约1.1g/L至约1.5g/L、约1.1g/L至约1.75g/L、约1.1g/L至约2g/L、约1.1g/L至约2.5g/L、约1.1g/L至约3g/L、约1.1g/L至约3.5g/L、约1.1g/L至约4g/L、约1.1g/L至约4.6g/L、约1.25g/L至约1.5g/L、约1.25g/L至约1.75g/L、约1.25g/L至约2g/L、约1.25g/L至约2.5g/L、约1.25g/L至约3g/L、约1.25g/L至约3.5g/L、约1.25g/L至约4g/L、约1.25g/L至约4.6g/L、约1.5g/L至约1.75g/L、约1.5g/L至约2g/L、约1.5g/L至约2.5g/L、约1.5g/L至约3g/L、约1.5g/L至约3.5g/L、约1.5g/L至约4g/L、约1.5g/L至约4.6g/L、约1.75g/L至约2g/L、约1.75g/L至约2.5g/L、约1.75g/L至约3g/L、约1.75g/L至约3.5g/L、约1.75g/L至约4g/L、约1.75g/L至约4.6g/L、约2g/L至约2.5g/L、约2g/L至约3g/L、约2g/L至约3.5g/L、约2g/L至约4g/L、约2g/L至约4.6g/L、约2.5g/L至约3g/L、约2.5g/L至约3.5g/L、约2.5g/L至约4g/L、约2.5g/L至约4.6g/L、约3g/L至约3.5g/L、约3g/L至约4g/L、约3g/L至约4.6g/L、约3.5g/L至约4g/L、约3.5g/L至约4.6g/L、或约4g/L至约4.6g/L。
在一些实施方案中，第一酸和第二酸中的至少一种的浓度是至少约0.5M。在一些实施方案中，第一酸和第二酸中的至少一种的浓度是至多约4M。在一些实施方案中，第一酸和第二酸中的至少一种的浓度是约0.5M至约4M。在一些实施方案中，第一酸和第二酸中的至少一种的浓度是：约0.5M至约1M、约0.5M至约1.5M、约0.5M至约2M、约0.5M至约2.5M、约0.5M至约3M、约0.5M至约3.5M、约0.5M至约4M、约1M至约1.5M、约1M至约2M、约1M至约2.5M、约1M至约3M、约1M至约3.5M、约1M至约4M、约1.5M至约2M、约1.5M至约2.5M、约1.5M至约3M、约1.5M至约3.5M、约1.5M至约4M、约2M至约2.5M、约2M至约3M、约2M至约3.5M、约2M至约4M、约2.5M至约3M、约2.5M至约3.5M、约2.5M至约4M、约3M至约3.5M、约3M至约4M、或约3.5M至约4M。
在一些实施方案中，加热第二溶液的温度是约48℃至约190℃。在一些实施方案中，加热第二溶液的温度是至少约48℃。在一些实施方案中，加热第二溶液的温度是至多约190℃。在一些实施方案中，加热第二溶液的温度是：约48℃至约60℃、约48℃至约80℃、约48℃至约100℃、约48℃至约120℃、约48℃至约140℃、约48℃至约160℃、约48℃至约190℃、约60℃至约80℃、约60℃至约100℃、约60℃至约120℃、约60℃至约140℃、约60℃至约160℃、约60℃至约190℃、约80℃至约100℃、约80℃至约120℃、约80℃至约140℃、约80℃至约160℃、约80℃至约190℃、约100℃至约120℃、约100℃至约140℃、约100℃至约160℃、约100℃至约190℃、约120℃至约140℃、约120℃至约160℃、约120℃至约190℃、约140℃至约160℃、约140℃至约190℃、或约160℃至约190℃。
在一些实施方案中，通过Hummer方法进行氧化石墨烯悬浮液的形成。
在一些实施方案中，该方法在卷到卷工艺中连续形成电极。
在一些实施方案中，将悬浮液干燥持续约12小时至约24小时的时段。在一些实施方案中，将悬浮液干燥持续至少约12小时的时段。在一些实施方案中，将悬浮液干燥持续至多约24小时的时段。在一些实施方案中，将悬浮液干燥持续如下的时段：约12小时至约14小时、约12小时至约16小时、约12小时至约18小时、约12小时至约20小时、约12小时至约22小时、约12小时至约24小时、约14小时至约16小时、约14小时至约18小时、约14小时至约20小时、约14小时至约22小时、约14小时至约24小时、约16小时至约18小时、约16小时至约20小时、约16小时至约22小时、约16小时至约24小时、约18小时至约20小时、约18小时至约22小时、约18小时至约24小时、约20小时至约22小时、约20小时至约24小时、或约22小时至约24小时。
在一些实施方案中，对悬浮液干燥的温度是约50℃至约150℃。在一些实施方案中，对悬浮液干燥的温度是至少约50℃。在一些实施方案中，对悬浮液干燥的温度是至多约150℃。在一些实施方案中，对悬浮液干燥的温度是：约50℃至约75℃、约50℃至约100℃、约50℃至约125℃、约50℃至约150℃、约75℃至约100℃、约75℃至约125℃、约75℃至约150℃、约100℃至约125℃、约100℃至约150℃、或约125℃至约150℃。
一些实施方案还包括：将一部分硫前体添加到氧化石墨烯悬浮液和第一溶剂；添加第一种酸以形成第一溶液；搅拌第一溶液；向第一溶液中添加第二酸以形成第二溶液；加热第二溶液；在第二溶剂中清洗第二溶液；和冷冻干燥第二溶液。
在一些实施方案中，硫前体的体积是约0.05ml至约2ml。在一些实施方案中，硫前体的体积是至少约0.05ml。在一些实施方案中，硫前体的体积是至多约2ml。在一些实施方案中，硫前体的体积是约：约0.05ml至约0.1ml、约0.05ml至约0.25ml、约0.05ml至约0.5ml、约0.05ml至约0.75ml、约0.05ml至约1ml、约0.05ml至约1.25ml、约0.05ml至约1.5ml、约0.05ml至约1.75ml、约0.05ml至约2ml、约0.1ml至约0.25ml、约0.1ml至约0.5ml、约0.1ml至约0.75ml、约0.1ml至约1ml、约0.1ml至约1.25ml、约0.1ml至约1.5ml、约0.1ml至约1.75ml、约0.1ml至约2ml、约0.25ml至约0.5ml、约0.25ml至约0.75ml、约0.25ml至约1ml、约0.25ml至约1.25ml、约0.25ml至约1.5ml、约0.25ml至约1.75ml、约0.25ml至约2ml、约0.5ml至约0.75ml、约0.5ml至约1ml、约0.5ml至约1.25ml、约0.5ml至约1.5ml、约0.5ml至约1.75ml、约0.5ml至约2ml、约0.75ml至约1ml、约0.75ml至约1.25ml、约0.75ml至约1.5ml、约0.75ml至约1.75ml、约0.75ml至约2ml、约1ml至约1.25ml、约1ml至约1.5ml、约1ml至约1.75ml、约1ml至约2ml、约1.25ml至约1.5ml、约1.25ml至约1.75ml、约1.25ml至约2ml、约1.5ml至约1.75ml、约1.5ml至约2ml、或约1.75ml至约2ml。
在一些实施方案中，GO悬浮液的体积是约0.1ml至约0.5ml。在一些实施方案中，GO悬浮液的体积是至少约0.1ml。在一些实施方案中，GO悬浮液的体积是至多约0.5ml。在一些实施方案中，GO悬浮液的体积是：约0.1ml至约0.2ml、约0.1ml至约0.3ml、约0.1ml至约0.4ml、约0.1ml至约0.5ml、约0.2ml至约0.3ml、约0.2ml至约0.4ml、约0.2ml至约0.5ml、约0.3ml至约0.4ml、约0.3ml至约0.5ml、或约0.4ml至约0.5ml。
在一些实施方案中，第一溶剂的体积是约0.3ml至约1.2ml。在一些实施方案中，第一溶剂的体积是至少约0.3ml。在一些实施方案中，第一溶剂的体积是至多约1.2ml。在一些实施方案中，第一溶剂的体积是：约0.3ml至约0.4ml、约0.3ml至约0.5ml、约0.3ml至约0.6ml、约0.3ml至约0.7ml、约0.3ml至约0.8ml、约0.3ml至约0.9ml、约0.3ml至约1ml、约0.3ml至约1.1ml、约0.3ml至约1.2ml、约0.4ml至约0.5ml、约0.4ml至约0.6ml、约0.4ml至约0.7ml、约0.4ml至约0.8ml、约0.4ml至约0.9ml、约0.4ml至约1ml、约0.4ml至约1.1ml、约0.4ml至约1.2ml、约0.5ml至约0.6ml、约0.5ml至约0.7ml、约0.5ml至约0.8ml、约0.5ml至约0.9ml、约0.5ml至约1ml、约0.5ml至约1.1ml、约0.5ml至约1.2ml、约0.6ml至约0.7ml、约0.6ml至约0.8ml、约0.6ml至约0.9ml、约0.6ml至约1ml、约0.6ml至约1.1ml、约0.6ml至约1.2ml、约0.7ml至约0.8ml、约0.7ml至约0.9ml、约0.7ml至约1ml、约0.7ml至约1.1ml、约0.7ml至约1.2ml、约0.8ml至约0.9ml、约0.8ml至约1ml、约0.8ml至约1.1ml、约0.8ml至约1.2ml、约0.9ml至约1ml、约0.9ml至约1.1ml、约0.9ml至约1.2ml、约1ml至约1.1ml、约1ml至约1.2ml、或约1.1ml至约1.2ml。
在一些实施方案中，第一溶剂包括甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水、去离子水或它们的任何组合。
在一些实施方案中，第一酸的体积是约0.05ml至约0.2ml。在一些实施方案中，第一酸的体积是至少约0.05ml。在一些实施方案中，第一酸的体积是至多约0.2ml。在一些实施方案中，第一酸的体积是：约0.05ml至约0.075ml、约0.05ml至约0.1ml、约0.05ml至约0.125ml、约0.05ml至约0.15ml、约0.05ml至约0.175ml、约0.05ml至约0.2ml、约0.075ml至约0.1ml、约0.075ml至约0.125ml、约0.075ml至约0.15ml、约0.075ml至约0.175ml、约0.075ml至约0.2ml、约0.1ml至约0.125ml、约0.1ml至约0.15ml、约0.1ml至约0.175ml、约0.1ml至约0.2ml、约0.125ml至约0.15ml、约0.125ml至约0.175ml、约0.125ml至约0.2ml、约0.15ml至约0.175ml、约0.15ml至约0.2ml、或约0.175ml至约0.2ml。
在一些实施方案中，第一酸是强酸。在一些实施方案中，强酸包括高氯酸、氢碘酸、氢溴酸、盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、或它们的任何组合。在一些实施方案中，逐滴添加所述第一酸。
在一些实施方案中，将第一溶液搅拌约1小时至约4小时的时间段。在一些实施方案中，将第一溶液搅拌至少约1小时的时间段。在一些实施方案中，将第一溶液搅拌至多约4小时的时间段。在一些实施方案中，将第一溶液搅拌持续如下的时间段：约1小时至约1.5小时、约1小时至约2小时、约1小时至约2.5小时、约1小时至约3小时、约1小时至约3.5小时、约1小时至约4小时、约1.5小时至约2小时、约1.5小时至约2.5小时、约1.5小时至约3小时、约1.5小时至约3.5小时、约1.5小时至约4小时、约2小时至约2.5小时、约2小时至约3小时、约2小时至约3.5小时、约2小时至约4小时、约2.5小时至约3小时、约2.5小时至约3.5小时、约2.5小时至约4小时、约3小时至约3.5小时、约3小时至约4小时、或约3.5小时至约4小时。
在一些实施方案中，第二酸的体积是约10μL至约40μL。在一些实施方案中，第二酸的体积是至少约10μL。在一些实施方案中，第二酸的体积是至多约40μL。在一些实施方案中，第二酸的体积是：约10μL至约15μL、约10μL至约20μL、约10μL至约25μL、约10μL至约30μL、约10μL至约35μL、约10μL至约40μL、约15μL至约20μL、约15μL至约25μL、约15μL至约30μL、约15μL至约35μL、约15μL至约40μL、约20μL至约25μL、约20μL至约30μL、约20μL至约35μL、约20μL至约40μL、约25μL至约30μL、约25μL至约35μL、约25μL至约40μL、约30μL至约35μL、约30μL至约40μL、或约35μL至约40μL。
在一些实施方案中，第二酸的浓度是约0.5M至约2M。在一些实施方案中，第二酸的浓度是至少约0.5M。在一些实施方案中，第二酸的浓度是至多约2M。在一些实施方案中，第二酸的浓度是：约0.5M至约0.75M、约0.5M至约1M、约0.5M至约1.25M、约0.5M至约1.5M、约0.5M至约1.75M、约0.5M至约2M、约0.75M至约1M、约0.75M至约1.25M、约0.75M至约1.5M、约0.75M至约1.75M、约0.75M至约2M、约1M至约1.25M、约1M至约1.5M、约1M至约1.75M、约1M至约2M、约1.25M至约1.5M、约1.25M至约1.75M、约1.25M至约2M、约1.5M至约1.75M、约1.5M至约2M、或约1.75M至约2M。
在一些实施方案中，第二酸包括弱酸。在一些实施方案中，弱酸包括甲酸、抗坏血酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、硫化氢或它们的任何组合。
在一些实施方案中，将第二溶液加热的时间段是约1小时至约4小时。在一些实施方案中，将第二溶液加热的时间段是至少约1小时。在一些实施方案中，将第二溶液加热的时间段是至多约4小时。在一些实施方案中，将第二溶液加热的时间段是：约1小时至约1.5小时、约1小时至约2小时、约1小时至约2.5小时、约1小时至约3小时、约1小时至约3.5小时、约1小时至约4小时、约1.5小时至约2小时、约1.5小时至约2.5小时、约1.5小时至约3小时、约1.5小时至约3.5小时、约1.5小时至约4小时、约2小时至约2.5小时、约2小时至约3小时、约2小时至约3.5小时、约2小时至约4小时、约2.5小时至约3小时、约2.5小时至约3.5小时、约2.5小时至约4小时、约3小时至约3.5小时、约3小时至约4小时、或约3.5小时至约4小时。
在一些实施方案中，第二溶剂包括甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水、去离子水或它们的任何组合。
在一些实施方案中，本文所述的石墨烯框架可用于各种其它电存储设备或非电存储设备。
当结合以下描述和附图考虑时，将进一步领会和理解本文所述实施方案的其它目标和优点。虽然以下描述可以包含描述本文所述特定实施方案的具体细节，但是这不应被解释为对本文所述实施方案的范围的限制，而是作为优选实施方案的示例。对于本文所述的每个实施方案，正如本文所述，许多变化是可能的，这些变化是本领域普通技术人员所知晓的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本文所述的实施方案的范围内进行各种改变和修改。
附图简述
在所附权利要求中具体阐述了本公开的新颖特征。通过参考以下详细描述以及附图或图(本文也称为“FIG”和“FIGs”)将获得对本公开的特征和优点的更好理解，所述详细描述阐述了其中利用实施方案的原理的说明性实施方案，其中：
图1A-C示出与其它现有能量存储技术和性能目标相比较的三维石墨烯框架和电化学电容器的器件级重量/体积能量密度相对于功率密度的Ragone图。
图2示出压缩和未压缩的有孔三维石墨烯框架和石墨烯框架的溶剂化三维大孔结构的示意图。
图3示出沉积在集流体上的有孔石墨烯油墨(ink)的示意图。
图4示出具有纳米孔的有孔三维石墨烯框架的示意图，所述纳米孔的尺寸允许锂离子通过同时阻止较大的多硫化锂的转移。
图5示出三维石墨烯框架和硫的自支持复合物的结构和包封在其中的硫颗粒的示意图。
图6示出氧化石墨烯、有孔氧化石墨烯和共轭的有孔石墨烯水凝胶的水性分散体的示例性图片。
图7示出氧化石墨烯、具有Na2S2O3和HCl的氧化石墨烯、和还原的氧化石墨烯在抗坏血酸中的溶液的示例性图片。
图8示出证明硬币电池和袋型电池之间尺寸差异的示例性图片。
图9示出未压缩和压缩的有孔三维石墨烯框架(H3DGF)的内部显微结构的示例性SEM图像，以及在机械压缩之前和之后的H3DGF的示例性图片，以及压缩的H3DGF的柔韧性。
图10示出H3DGF-Nb2O5复合物的示例性SEM图像。
图11示出具有高质量负载的H3DGF-Si复合物的示例性SEM图像。
图12示出3DGF-S复合物的多孔互连框架的示例性横截面SEM图像，以及其内的1-μm硫颗粒。
图13示出包封在3DGF-S复合电极中的硫颗粒的示例性低放大率TEM图像，以及包含在石墨烯囊穴(pocket)中的熔融硫移动的多个画面(frame)。
图14示出示例性3DGF-S的示例性低放大率和高放大率SEM图像。
图15示出H3DGF-S复合物的示例性恒流测试结果。
图16示出纯硫、氧化石墨烯/硫和3DGF-S的示例性X射线衍射结果，其具有约90％的硫含量(3DGF-S)。
图17示出具有不同硫负载百分比的H3DGF-S复合物的示例性热成像测试结果。
图18示出3DGF-S90的第1循环、第20循环和第50循环的示例性充电和放电廓线(profile)，3DGF-S70、80、90和95在0.1C下的循环性能，3DGF-S90在0.2C、0.5C、1C和2C下的倍率性能，以及在1C下循环500个循环的3DGF-S90。
详细描述
本文提供了石墨烯材料、制造工艺和具有改良性能的装置。在一些实施方案中，本公开提供了包含石墨烯材料的超级电容器(SC)及它们的制造工艺。此类SC避免当前能量存储技术的缺点。本公开的SC可包括一个或多个超级电容器电池。SC可包含正电极和负电极。SC的正电极和负电极可被分隔体隔开。分隔体可包含电解质。正电极在放电期间可以是阴极。负电极在放电期间可以是阳极。在一些实施方案中，可以将多个超级电容器电池设置(例如，互连)成组件(pack)。
本文所述公开的各个方面可以应用到下述的任何特定应用或任何其它类型的制造、合成或加工设置。其它的材料制造、合成或加工可同样受益于本文所述的特征。例如，本文的方法、装置和系统可有利地应用到各种形式的石墨烯或氧化石墨烯的制造(或合成)。本文所述的实施方案可以用作独立的方法、装置或系统，或者作为集成制造或材料(例如，化学品)加工系统的一部分。应当理解，可以单独地、共同地或彼此组合地理解本公开的不同方面。
本公开的一个方面提供了包含两个或更多个电极和设置在电极之间的电解质的超级电容器装置，其中每个电极由三维多孔框架构成。
本公开的一个方面提供了包含活性材料的电极，其中该活性材料包含三维石墨烯框架(3DGF)或有孔三维石墨烯框架(H3DGF)。本公开的另一方面提供了一种复合电极，该复合电极包含电容性或伪电容性复合材料。
现在将参考附图。应当理解，附图和其中的特征不一定按比例绘制。本文提及的示意图、图像、公式、图表和图线表示所制造的示例性装置，其充当由本文所述的示例性方法生产的装置的外观、特性和功能的代表。
术语和定义
除非另外定义，则本文使用的所有技术术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。如在本说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。本文对“或”的任何提及旨在涵盖“和/或”，除非另有说明。
如本文所用，并且除非另外定义，则术语“约”是指在指定值的正和/或负10％内的数值的范围。
如本文所用，并且除非另有说明，则术语GO是指氧化石墨烯。
如本文所用，并且除非另有说明，则术语RGO是指还原的氧化石墨烯。
如本文所用，除非另有说明，则术语3D是指三维的。
如本文所用，并且除非另有说明，则术语3DGF或3DG是指三维石墨烯框架。
如本文所用，并且除非另有说明，则术语H3DGF是指有孔三维石墨烯框架。
如本文所用，并且除非另有说明，则术语SEM指扫描电子显微镜。
如本文所用，并且除非另有说明，则术语TEM指透射电子显微镜。
如本文所用，并且除非另有说明，则XRD是指X射线粉末衍射。
如本文所用，并且除非另有说明，则C-倍率是相对于能量存储装置的最大容量的对能量存储装置进行充电或放电的速率的量度。
如本文所用，并且除非另有说明，则活化是指为随后的反应准备或激发样品的过程。
如本文所用，并且除非另有说明，则锂化是指与锂或有机锂化合物的反应。
如本文所用，并且除非另有说明，则前体是一种化合物，其参与产生另一种化合物的化学反应。
如本文所用，并且除非另有说明，则库仑效率(也称为法拉第效率、法拉第产率、库仑效率或电流效率)描述电荷(电子)在有利于电化学反应的系统中传递的效率。
如本文所用，并且除非另有说明，则电极-比是指通过电极的重量或体积规范化(normalized)的测量。
如本文所用，并且除非另有说明，硫-比是指通过硫的重量或体积规范化的测量。
如本文所用，并且除非另有说明，则纳米孔是指直径为约1nm至约1,000nm的孔。
如本文所用，并且除非另有说明，则微孔是指直径为约1μm至约1,000μm的孔。
如本文所用，并且除非另有说明，则mF是指毫法拉。
虽然本文已经显示和描述了优选的实施方案，但是本领域技术人员清楚，提供这些实施方案仅仅是举例。现在，本领域技术人员将想到许多变化、改变和替换。应当理解，可以采用本文所述实施方案的各种替代方案。
电能存储装置
参考图1A-C，电池和SC表示两种互补的能量存储技术，然而电池可以提供高能量密度和低功率密度，而SC可以提供优异的功率密度和低能量密度。理想的能量存储装置可以能够提供高能量密度和高功率密度两者。除超高的功率密度外，SC还因其长循环寿命和低维护成本而引人关注。
电能存储装置(EESD)对于移动电子设备、混合动力电动车辆、可再生能量收集和能量转换中的应用越来越重要。虽然锂离子电池目前代表着能量储存技术的主要来源，但锂离子电池容量可能在很大程度上受到阴极材料的理论容量限制，例如LiCoO2(约272mAh/g)和LiFePO4(约170mAh/g)，其可能无法满足日益增长的消费者对能量存储的需求。
市售的SC可能不适合广泛采用，因为它们的能量密度典型比市售的锂离子(Li-ion)电池的能量密度低1-2个数量级。正是在这种背景下，需要开发本公开中描述的实施方案。
SC可以包括具有比普通电容器高得多的电容的EESD，并且其可以比普通电容器快成百上千倍地再充电。一些超级电容器的功率密度可超过10kW/kg；是现有的锂离子电池的10倍。与充电和放电速度可能受到化学反应限制的电池不同，超级电容器通过高度可逆的离子吸收和/或氧化还原反应来储存电荷，这可以能够实现快速的能量捕集和输送。
超级电容器可以表现出高功率密度和优异的低温性能，因此，在诸如便携式电子装置、医疗装置、备用电源装置、即拍相机、工厂、再生制动系统和混合动力电动汽车等应用中越来越多地用作能量存储资源。高的功率密度可能继续引起越来越多的关注，特别是对于在有限时间内存储或发射大量能量的情况，例如对新兴的智能电网进行负载均衡、对电子设备闪速充电和电动车辆的快速加速。
SC可以代表用于电动车辆(EV)、混合动力EV(HEV)和插电式混合动力EV(PHEV)的理想能量存储技术。尽管一些目前的超级电容器已经显示出能量密度的显著增加，但这些装置可能随着时间的推移而表现出功率和/或循环能力的损失。此外，当今基于电池的EV的显著缺点可能是它们的电池组需要约一小时或更长以完全充电，超过填充汽油箱所需的时间(约5分钟)，以及可接受的旅途再充电的时间段。因此，SC的产生可以极大地增加功率密度以及将再充电时间缩短几个数量级，从而增加EV的效用。另外，具有更高功率密度的SC还可以在制动能量再捕集或快速加速期间有效地吸收峰值功率。这种SC与传统电池相结合，可以大大降低传统电池的高功率压力，从而增加其寿命、稳固性和安全性。因此，具有能量密度的SC的产生可以为EV提供理想的能量存储解决方案。
在一些实施方案中，超级电容器(SC)或电化学电容器是典型包含两个或更多个电极的能量存储装置，其中每个电极被离子渗透膜(分隔体)隔开，并且其中电解质将电极离子连接，使得当电极被施加电压极化时，电解质中的离子形成与电极的极性相反的双电极性层，。电子离开电池内的活性材料并发生氧化的电化学电池的电极可被称为阳极。电子进入电池内的活性材料并发生还原的电化学电池的电极可被称为阴极。取决于通过电池的电流方向，每个电极可以变成阳极或阴极。
电极材料可以强烈影响超级电容器的能量存储性能。因为SC中的能量存储依赖于表面电荷吸收，因此高性能SC电极可能需要高的离子可及表面积、高电导率、高的离子传输速率和高的电化学稳定性。
在一些实施方案中，SC电极包含活性材料和集流体基底。活性材料的质量百分比典型为整个装置的约35-40％。由于活性材料通常是多孔的，因此其易碎并且是不良导体，可以采用集流体作为支撑结构和导电路径以降低超级电容器的电阻。在一些实施方案中，SC是混合SC，其包含呈现高静电电容的一个电极和呈现高电化学电容的另一电极。
在一些实施方案中，集流体由碳布硅、金属氧化物、砷化镓、玻璃、钢、不锈钢或它们的任何组合构成。在一些实施方案中，将SC集流体设计成在应力下挠曲和弯曲。目前可用的现有技术SC可以使用多孔活性炭电极构建。
由于阳极典型在混合SC充电期间经历锂化，因此较低的阳极锂化电压可提供较大的装置电压窗口并因此提供较高的SC能量密度。因此，SC阳极的循环稳定性通常可能是SC装置的循环寿命的限制因素。因此，混合SC系统中的理想阳极可以表现出低的工作电压，使得该装置充分利用电解质的电压窗口并且提供高的能量密度。另外，阳极应具有高的比容量和能量密度，并且应具有与高功率阴极相当的优异倍率性能，以实现高的功率密度。最后，阳极应表现出长的循环寿命，以改善混合系统的循环稳定性。理想的阴极应具有高的工作电压，高的比容量和良好的倍率性能。
可以在正电极(放电期间的阴极)、负电极(放电期间的阳极)或两者中提供石墨烯材料。石墨烯可代表SC电极的理想材料，因为它的单原子厚度、高的理论比表面积(约2,630m2/g)、高的理论重量电容(约550F/g)、高的固有电导率、优异的机械挠性、以及出色的电化学稳定。然而，由于石墨烯片之间的强π-π相互作用，当它们被加工成块体电极时，石墨烯薄片可倾向于重新堆叠以形成石墨状粉末或薄膜。这种重新堆叠可能严重降低可及表面积和离子扩散速率，因而损害电极的重量电容和充电/放电倍率。
然而，可以采用活化方法来制备具有超小微孔和超高比表面积的活化石墨烯。然而，由于电解质离子进入的效率降低，这种微孔表面可能限制电极的重量电容。尽管可以采用激光刻划方法来缓解片上微型超级电容器的这些挑战，通过形成增加可及表面积并增加重量电容的多孔结构，但是这种激光刻划方法的固有尺度可能不足以为诸如交通和可再生能量储存等应用形成较大的能量装置。
如图1所示，本公开的实施方案涉及具有与铅酸电池和Li离子电池相匹敌的能量密度同时保持10-100倍的更高功率密度的SC。与USABC/Freedom CAR关于电动车(EV)、混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)的应用所定义的基准性能目标相比，本公开的实施方案实现了高得多的功率密度，同时保持高的能量密度，这对于那些应用的目标特别理想。因此，本公开的实施方案提供了在诸如EV或电气平面的产品中转变能量存储技术前景的SC。
对于传统装置，能量密度通常已显示随着功率密度的增加而显著降低。虽然目前的混合SC可能表现出高能量密度和高功率密度以及长循环寿命，但它们的能力可能受到当前阳极的限制，当前的阳极可能显示出低的固有电导率，在锂化/脱锂过程中体积变化大，固体电解质中间相(SEI)不稳定，以及因此不良的循环稳定性和倍率能力。
通过在充电和放电期间适应体积变化并防止形成不稳定的固体电解质界面(SEI)，电极内的空隙-外壳结构可以解决这些缺陷。然而，用于合成蛋黄-蛋壳结构的现有技术的模板辅助工序是多步骤的、费时的、昂贵的、难以扩展并且需要有毒化学品。然而，化学还原的有孔三维石墨烯框架(3DGF)或有孔三维石墨烯框架(H3DGF)提供了克服这些挑战的有效解决方案，并且能够大规模生产高性能的SC电极。
因此，通过对基于3DGF或H3DGF的SC电极的生产和能力进行优化和扩展来设计SC。使用3DGF和H3DGF作为支架以产生用于高能量密度混合伪电容器(PC)的复合电极。生产的全功率密度电池的能量密度接近或甚至超过了今天的Li离子电池。
本公开针对于开发SC装置。本文公开的颠覆性能量存储技术可以在商业规模上部署，从而导致先进EESD技术的发展和部署。本文描述的SC在一个或多个应用或领域中起重要作用，例如便携式电子设备(例如，手机、计算机、照相机等)，医疗装置(例如，维持生命和增强生命的医疗装置，包括心脏起搏器、除颤器、助听器、疼痛管理装置和药物泵)，电动车辆(例如，需要长寿命的EESD来改进电动车辆产业)，空间(例如，EESD可用于太空以便为空间系统供电，所述空间系统包括探测车、着陆器、航天服和电子仪器)，军用EESD(例如，军队使用特殊的EESD为大量电子设备和仪器供电；本文所述EESD的减小的质量/体积是非常优选的)，电动飞机(例如，用电动机而不是内燃机运行的飞机，电力来自太阳能电池或EESD)，电网规模储能(例如，在生产(来自发电厂)超过消耗的时间期间EESD可用于储存电能，并且在消耗超过生产的时间可以使用存储的能量)，可再生能源(例如，因为太阳在夜间不照射以及风不会一直吹，因此在离网电力系统中的EESD可以存储来自可再生能源的多余电力，以便在日落之后的几个小时期间和风不吹的时候使用；高功率EESD可以从太阳能电池捕获能量，其效率高于当前的现有技术EESD)，电动工具(例如，本文所述的EESD可以实现快速充电的无线电动工具，例如电钻、螺丝刀、锯、扳手和研磨机；当前的EESD具有长的充电时间)，或它们的任何组合。
3D石墨烯框架
尽管使用由低堆积密度材料形成的高度多孔的活化3D石墨烯框架(3DGF)201a(如图2A所示)来提供具有大的比表面积和高的重量电容的电极，然而由于其高的离子扩散，这种电极可保持低的堆积密度并因此保持低的体积电容。此外，尽管活化的3DGF 201a表现出丰富的空洞空间，但是内部电解质的大的所需体积增加了装置的总质量，并且因此会降低总体的能量密度(通过装置的总质量规范化)。因此，应对SC电极进行设计以同时实现高的重量电容和高的体积电容，同时保持优异的倍率性能。作为替代，如图2B所示，压实的活化3DGF 201b显示出增加的体积电容和减小的离子可及表面积和离子扩散速率(diffusionrate)，因此表现出较低的重量电容和不良的倍率性能。例如，激光刻划的多孔石墨烯电极可以表现出约0.05g/cm3的相当低的堆积密度，并因此具有高的重量性能和低的体积电容。然而，通过真空过滤和毛细压缩来压实3DGF，极大地改善体积电容(<～200F/cm3)，同时保持适度的重量电容(～167F/g)。
有孔3D石墨烯框架(H3DGF)202a(3DGF的形式)代表理想的SC电极材料。可通过将有孔石墨烯片缀合到具有多孔结构的3D网络中而获得H3DGF 202a。如图2B所示，压缩的H3DGF的202b石墨烯片的高度互连和互锁的3D网络结构防止重新堆积，并且充当具有高比表面积的高度多孔的单块结构，其可被直接用作电极而无需任何粘合剂添加物。H3DGF202a 202b中的纳米孔进一步增加其比表面积。
与活化的3DGF 201a(其超小微孔可能难以被电解质离子进入)不同，未压缩的H3DGF 202a或者压缩的H3DGF 202b表现出具有足够大并且良好整合的孔的层次(hierarchy)，所述孔形成开放通道的连续网络，该网络的整个表面区域可以被电解质完全润湿并且可以触及电解质离子，适合于通过其的有效离子传输。在一些实例中，压缩的H3DGF 202b(以其互锁的石墨烯片)被机械压实从而形成自支持电极(没有石墨烯片的完全再堆积)，从而在保持其初始溶剂化状态的同时实现高的堆积密度。
根据图9显示了示例性的未压缩H3DGF 901和示例性的压缩H3DGF 902的侧视图和横截面图。与活化的石墨烯薄膜不同，H3DGF中的纳米孔充分大从而充当石墨烯层之间的离子扩散捷径，因此增加跨整个框架的离子传输，并促进离子进入整个表面区域。因此，H3DGF表现出高的电导率，因此可以直接用作SC电极而无需额外的导电添加剂。
目前可用的石墨烯电极的比表面积是单层石墨烯的理论值(约2,630m2/g)的约40-60％。通过调节石墨烯片的尺寸和厚度以增加石墨烯片内的纳米孔的尺寸和密度并优化纳米孔的组装和孔隙层次，来形成如本文所述的具有高表面和离子可及比表面积的H3DGF。因此，由于H3DGF的比电容与其比表面积成比例，并且由于H3DGF的有效孔隙率允许高的离子扩散速率，因此H3DGF电极表现出约1,250-2,000F/g的比电容。
在一些实施方案中，机械稳固的3DGF和H3DGF(它们具有高的电化学活性表面积和优异的电子传输速率)能够充当稳固的导电支架，从而在复合电极内起作用以支持电化学活性的电容性材料或伪电容性材料，如硅(Si)、硫(S)或过渡金属氧化物(TMO)，以进一步增加SC、伪电容器(PC)或任何其它EESD的能量密度。这种电容性或伪电容性复合电极表现出高的理论容量，其中阳极复合材料(例如硅和TMO)和阴极复合材料(例如硫)分别表现出低的和高的电压平台。为此，期望开发如本文所述的可靠方法，以便以高度均匀的方式将纳米级电化学活性材料(例如，TMO或Si)负载于3DGF或H3DGF支架上或其中，以便同时确保有效的电子和离子传输。
集成了复合阳极和碳质阴极的SC(如本文所述)表现出高的能量密度和高的功率密度。然而，采用法拉第锂插嵌反应的TMO阳极与标准阴极之间的动力学不匹配可能损害目前的混合超级电容器，所述标准阴极通过电解质离子的物理吸附/解吸来储存电荷。另一方面，如本文所述的3DGF和H3DGF表现出高的表面积和纳米结构电极材料的有效负载，同时确保跨石墨烯网络的高电子传导性以及在超小TMO颗粒内的快速离子传输。因此，如本文所述的3DGF-TMO和H3DGF-TMO复合阳极通过减轻两个不对称电极之间的动力学间隙而表现出改善的倍率-能力和循环稳定性。
基于TMO的阳极材料典型表现出相对高的电压平台，这限制了操作电压窗口并因此限制了混合电池的能量密度。因此，如本文所述，使用具有较低电压平台的最佳阳极材料(例如Si)来形成具有显著高的能量密度的SC。
锂硫(Li-S)电池代表下一代EESD技术。硫具有约1,675mAh/g的理论容量，其代表了一种引人关注的阴极复合材料，以实现高能量密度、持久并且廉价的电能存储装置(EESD)。然而，由于硫的固有性质，目前的Li-S电池可能表现出低的硫利用率和差的长期循环行为。首先，由于硫是电绝缘的，表现出差的电导率并且在充电和放电期间经历动态膨胀，因此其在复合电极中的使用通常需要导电添加剂(例如石墨)和粘合剂，其重量对储存容量没有贡献并因此减小电极的能量密度。其次，在放电期间形成Li2S时，硫阴极可能经历大的体积膨胀(高达约80％)，并且同样地在充电期间收缩，这可导致高的内部应变和复合电极的可能崩解。然而，通过增加电极的孔隙率可以减轻由膨胀和收缩引起的容量衰减。最后，在充电/放电循环期间，形成长链多硫化锂(Li2Sn，4≤n≤8)，其可溶于电解质以及扩散到锂阳极并沉积在锂阳极上(即多硫化物往复移动过程)，从而产生可降低EESD性能的反应。
尽管集成高达60重量％硫的先前SC电极已经表现出各种缺点，但3DGF和H3DGF由于其高孔隙率、高表面积、高电导率以及有效的离子传输而代表了用于有效负载S纳米颗粒的理想导电支架。图5示意显示了示例性H3DGF-S复合物500的结构，而由高度互连的H3DGF片形成的连续导电网络形成有效的高电导率电子传输路径，其能够克服硫的绝缘性质。此外，因为单个石墨烯片缀合并互锁在一起从而形成单块的机械牢固的3D网络，因此不需要粘合剂来承受S-电极在充电/放电循环中的反复膨胀和收缩。另外，如本文所述，3DGF和H3DGF的高度多孔结构允许活性硫的有效纳入从而形成占阴极质量的高达约80-90％的高硫含量。最后，石墨烯片能够包裹在硫颗粒周围以及包封硫颗粒，从而抑制多硫化物的往复移动过程并且提供具有优异循环性能的稳固电极。
形成3D石墨烯框架的方法
3DGF和H3DGF可以由氧化石墨烯(GO)生产。因此，高性能3DGF-SC和H3DGF-SC的商业规模生产的主要障碍可能是开发可靠且可扩展的GO生产方法。生产GO的传统方法是调整的Hummers方法，其可能涉及对环境有害的重金属、有毒气体、爆炸风险、长反应时间以及用于中和pH的繁琐渗析过程，因此可能对于广泛应用而言成本过高。由于GO和还原GO(rGO)的当前大规模生产方法(例如，高达1,200吨/年)的品质可能不适合用于高性能EESD，因此目前尚未满足用于可扩展GO生产的绿色、安全、高效和低成本方法的需求。在一些实例中，主要使用的KClO3和K2MnO4的替代性氧化剂(例如K2FeO4)被用作有效的氧化剂，该氧化剂的挥发性和毒性较小，其在室温下在约1小时内并且以大规模产生GO。另外，可以评估和使用GO的替代性商业来源。
基于3DGF和H3DGF的EESD的性能高度依赖于其表面积(层数)及其电导率(氧化/还原的程度)。表现出单层占主导和最少数目的氧基团的GO和rGO分别表现出最高的容量和电导率。因此，氧化程度与所得rGO中的缺陷位置的数目和HGF的电导率直接相关。通过调节和优化制造方法，实现氧基团的完全去除以及rGO中的π-π共轭的完全恢复。
在一些实例中，使用天然鳞片石墨通过Hummer方法合成GO悬浮液，其中悬浮液中GO的浓度为约2.3g/L，并且其中将GO悬浮液在约95℃的温度下干燥持续约24小时的时间段。
如图6所示，通过氧化石墨烯(GO)601或有孔GO(HGO)602在水分散体中的同时还原和缀合来制备示例性H3DGF，以形成示例性的宏观有孔石墨烯水凝胶(HGH)603或溶剂化的H3DGF。通过控制GO 601的浓度来调节HGH 603的宏观尺寸，其中，例如，具有较低GO 601浓度的水性分散体产生显著更大的HGH 603，其具有的微孔比由具有较高浓度分散体的水性分散体产生的微孔更大。以这种方式，对如本文所述的HGH 603的宏观尺寸以及微孔尺寸进行调节以最大化所得H3DGF的表面积，同时保持水凝胶的机械稳固性以便在无粘合剂的情况下用作电极。
另外，通过控制GO暴露于各种浓度氧化剂的时段来调节石墨烯片的基面中的纳米孔的尺寸，所述氧化剂包括氧气、臭氧、过氧化氢、萤石二氧化物、过氧化锂、过氧化钡、氟、氯、硝酸、硝酸盐化合物、硫酸、过氧二硫酸、过氧单硫酸、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、卤素化合物次氯酸盐、次卤酸盐化合物、家用漂白剂、六价铬化合物、铬酸、重铬酸、三氧化铬、氯铬酸吡啶鎓、铬酸盐化合物、重铬酸盐化合物、高锰酸盐化合物、高锰酸钾、过硼酸钠、一氧化二氮、硝酸钾、铋酸钠或它们的任何组合。因此，GO暴露于氧化剂的时间越长，或者氧化剂的浓度越高，石墨烯片内形成的纳米孔越大。因此，如本文所述，通过使纳米孔的尺寸和密度最大化来优化离子扩散速率。此外，在还原之前在GO上形成纳米孔的3DGF或H3DGF显示出的稳固性小于在还原之后在GO上形成纳米孔的3DGF或H3DGF。
通过改变石墨烯片的排列/拓扑结构，进一步优化如本文所述的基于3DGF或H3DGF的电极的电化学性能。例如，垂直排列的石墨烯片提供快速传输途径，这改善3DGF或H3DGF的倍率能力和比电容。通过在缀合以形成3DGF或H3DGF之前将GO排列控制为适当的液晶相(例如向列相)来调节石墨烯网络的排序。在一些实例中，还使用外力(例如电场、流体压力、流体涡流、磁场或机械变形)来调整GO液晶的宏观排列和3DGF或H3DGF中石墨烯片的组织。
在一些实例中，可以通过在100℃下加热GO和氧化剂的均匀含水混合物形成HGO，所述氧化剂包括氧气、臭氧、过氧化氢、萤石二氧化物、过氧化锂、过氧化钡、氟、氯、硝酸、硝酸盐化合物、硫酸、过氧二硫酸、过氧单硫酸、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、卤素化合物次氯酸盐、次卤酸盐化合物、家用漂白剂、六价铬化合物、铬酸、重铬酸、三氧化铬、氯铬酸吡啶鎓、铬酸盐化合物、重铬酸盐化合物、高锰酸盐化合物、高锰酸钾、过硼酸钠、一氧化二氮、硝酸钾、铋酸钠或它们的任何组合。在一些实例中，然后通过离心或任何其它分离方法并通过清洗反应混合物来除去残留的氧化剂。在一些实例中，然后将HGO再次分散在包括甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水或它们的任何组合的溶剂中，以形成具有高浓度的稳定水性分散体。然后可以通过向分散体中引入弱酸来化学还原并缀合HGO以形成3DGF或H3DGF，所述弱酸包括：甲酸、抗坏血酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、硫化氢或它们的任何组合。如本文所述，通过使用不同尺寸的反应容器并通过调节HGO的体积来调节所得3DGF或H3DGF的横向尺寸和厚度。
形成3DGF电极的方法
目前，通常以分批工艺形成基于高性能石墨烯框架的SC电极，包括在高压釜中同时还原和缀合GO，这可能限制生产量。在一些实施方案中，更有效的卷到卷电极印刷工艺包括连续GO还原和缀合方法，以及随后配置具有一定化学配方和粘度的GO油墨、GO-Si油墨、GO-S油墨或GO-TMO油墨。在一些实施方案中，如图3所示，连续的卷到卷印刷/涂布工艺300包括在合适的溶剂中合成和分散GO或HGO前体以产生GO或HGO油墨302，在受控的温度下以及在适当的化学环境内用GO或HGO油墨302涂覆集流体301，并随后通过化学品、热、自主自组装或激光处理将活性材料还原并缀合在集流体上。这种方法廉价、一致且有效地形成3DGF、3DGF-Si或3DGF-S、3DGF-TMO、H3DGF、H3DGF-Si、H3DGF-S和H3DGF-TMO SC电极。
对高性能3DGF或H3DGF-SC的商业规模生产的另外障碍源于硬币801和袋型电池802之间的尺寸差异，如图8中所示。典型的市售硬币电池801的直径为约10mm，而典型的市售袋型电池802的横向尺寸通常为至少约100-200mm。由于目前的石墨烯制造方法典型需要高温来实现GO的同时还原和缀合，因此对于两种SC电池尺度控制3DGF或H3DGF电极的尺寸和形状可能是困难的。因此，如本文所述的3DGF和H3DGF电极制造方法被精细调节以确保在大的、优选自支持石墨烯电极和集流体之间的完美接触。以大的袋型电池作为示范，H3DGF可以适用于许多不同类型的商业相关装置。
在一些实例中，将自支持3DGF或H3DGF压到金属泡沫集流体上，所述金属泡沫集流体包括钢、不锈镍、铝、铜、铋、铬、钴、镓、金、铁、铟、铅、镁、汞、银、钠、锡、钛、锌、锆、青铜或它们的任何组合。在一些实施方案中，泡沫集流体形成比二维金属箔集流体更大的3DGF/集流体接触面积。在一些实例中，3DGF或H3DGF在受控条件下(化学还原、热还原和/或激光还原等)直接沉积或印刷到金属泡沫集流体上，从而允许GO的直接还原和3DGF或H3DGF在集流体上的自组装，以实现最佳的结合/接触。由于金属泡沫通常比金属箔更昂贵，如本文所述的HGO也被直接沉积或印刷到金属箔集流体上。在一些实例中，通过这些方法形成的电极在3DGF或H3DGF与集流体之间显示出增加的接触表面积，以允许大规模制造一致的SC。
形成3DGF-Si电极的方法
在一些实施方案中，具有足够空洞空间的3DGF或H3DGF硅复合物提供稳固的导电网络，其缓冲体积变化，并稳定SEI的形成，从而减轻容量劣化，减少过多电解质消耗，并改善倍率性能。
在一些实施方案中，对构造高性能3DGF或H3DGF-Si复合电极的方法进行设计以防止电极材料的附聚，确保纳米级硅在石墨烯上的均匀装饰，控制缓冲空间，以及稳定SEI层。GO和rGO与多种官能团的两亲性为3DGF或H3DGF与纳米级硅颗粒的组装提供了多种可能策略。在一些实例中，通过单步或两步自组装方法将硅纳米颗粒负载到石墨烯片上或3DGF网络中，这确保高的负载比率。通过研究硅纳米结构与3DGF或H3DGF-Si中的rGO之间的范德华力相互作用来评估和优化如本文所述的3DGF-Si阳极或H3DGF-Si阳极的长期循环稳定性和高倍率性能，使用不同的聚合物表面活性剂/稳定剂以及化学改性的硅表面与GO/rGO的羧酸官能团之间的共价键。更重要的是，为了缓解在充电/放电循环中硅的大的膨胀和收缩期间的应力/应变并稳定SEI层，通过调节3D石墨烯网络的机械性质来研究如本文所述的组装石墨烯的稳固性。尽管单层石墨烯表现出约1,100GPa的非凡杨氏模量，但是如本文所述，通过调节石墨烯的性质(例如其厚度、尺寸、对准和退火条件)来优化组装石墨烯结构的机械性质，这显著影响循环稳定性和库仑效率。
形成3DGF-S电极的方法
如本文所述的具有高硫负载比率的电极减少了所需惰性电极成分的质量，从而允许高的总容量，并且降低电极的成本。然而，过多的S-负载可能降低3DGF或H3DGF的结构不稳定性并损害电极的电导率。如图4所示，对示例性石墨烯片401上的纳米孔402进行设计和控制以确保优异的Li离子传输，同时延迟较大的多硫化物分子的往复移动过程。因此，如本文所述，在3DGF和H3DGF的3D网络内以特定的负载比率均匀地负载硫，从而充分利用硫的电化学性质。
在一些实例中，用于构造高性能3DGF-S或H3DGF-S复合电极的方法包括混合硫、酸、反应物和石墨烯材料(例如GO或rGO)以形成溶液，并向溶液中引入反应物。因此，反应物还原石墨烯材料并将含有还原石墨烯的材料缀合成包封硫颗粒的3DGF或H3DGF。在一些实例中，酸包括强酸，该强酸包括高氯酸、氢碘酸、氢溴酸、盐酸、硫酸、对甲苯磺酸甲磺酸、或它们的任何组合。在一些实例中，反应物包含弱酸，该弱酸包括甲酸、抗坏血酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、硫化氢或它们的任何组合。在一些实例中，可调节硫源的浓度以控制包封在3DGF或H3DGF复合物内的硫的量。在一些实例中，硫颗粒具有约10nm至约100μm、约100nm至约10μm、或约500nm至约10μm的尺寸。在这些情形的一些中，不使用额外的粘合剂。在一些实例中，不使用额外的导电添加剂。在这些情形的一些中，不使用额外的粘合剂或导电添加剂。
在一些实例中，表示为相对于电极总重量的重量或质量百分比的电极硫含量为大于约60％、例如约65％或更大、如约70％或更大、如约75％或更大、如约80％或更大，约85％或更大、或约90％或更大。
在一些实例中，通过包含有效化学反应的一锅法由石墨烯基材料形成高容量硫阴极，例如具有高度有效的硫负载的自支持3DGF或H3DGF，其中反应物可以在仅一个反应器中进行连续的化学反应。
如图7所示，通过简便的一锅法合成制备示例性3DGF-S复合电极，该合成包括在含石墨烯的材料/源(例如，氧化石墨烯(GO)薄片)的存在下混合硫前体/源(例如，Na2S2O3)和酸(例如，HCl)，以引发以下化学反应：
Na2S2O3+2HCl→2NaCl+SO2+H2O+S
因此，引入抗坏血酸以驱动GO的还原并将还原的GO缀合到具有包封硫颗粒的3D石墨烯水凝胶中，这引起3DGF-S或3DGF-S复合物。如图7所示，示例性GO溶液701显示淡褐色，而GO与Na2S2O3和HCl的示例性溶液702表现为乳状混浊悬浮液，表明存在大量的硫颗粒。抗坏血酸的引入允许形成机械牢固的自支持3DGF-S复合物水凝胶703。在反应溶液中的所得3DGF-S复合水凝胶显示出自支持结构和澄清的上清液，表明大部分GO和硫颗粒缀合在一起形成复合物水凝胶，可忽略的GO或硫残留在溶液中。然后将示例性3DGF-S复合物水凝胶冷冻干燥以备后用。如此制备具有约70％、约80％、约90％和约95％硫含量(分别表示为3DGF-S70、3DGF-S80、3DGF-S90和3DGF-S95)的3DGF-S复合物。
如本文所述，探索和评价了多种替代性的硫负载方法，包括还原硫前体(例如，Na2S2O3)、熔体扩散法、CVD方法和将硫纳米颗粒滴落涂布到水凝胶上。调整硫和石墨烯的数量以调节电极的负载比率、循环能力、稳定性以及整体结构的形状。如本文所述，容易实现60-95％的硫负载比率。
在一些实例中，通过如下方式来形成示例性3DGF-S90电极：混合约0.1mL的Na2S2O3(其浓度为约1M)与约0.22mL的约2.3g/L GO悬浮液和约0.58mL的去离子水以形成第一溶液。然后将约0.1mL的约2M HCl逐滴添加到第一溶液中，并将所得溶液搅拌约2小时的时间段。然后将约20μL约1M的抗坏血酸添加到先前溶液中，并在约95℃的温度下加热约2小时的时间段以形成水凝胶，其中然后用水将该水凝胶清洗数次，并冷冻干燥。调节Na2S2O3和HCl的量以使用相同的方法合成3DGF-S70、80、95，H3DGF-S70、80和95。
形成3DGF-TMO电极的方法
由于本文所述3DGF和H3DGF的高的表面积和电导率，它们形成用于纳米级TMO负载的有效支架，以同时确保穿越石墨烯网络的有效电子传输，和向纳米级TMO中的超短距离和快速的离子插嵌。
在一些实例中，电极包含3DGF或H3DGF和TMO层。在一些实例中，将TMO的薄层(例如，约10nm)均匀地沉积在石墨烯片上，以确保高负载比(约80-90％)、在高电阻TMO内短的电子和离子传输距离、以及跨石墨烯-TMO界面的有效电子传输。在一些实例中，在3D结构形成之前、期间或之后，通过TMO纳米晶体的直接成核和生长，或者通过溶胶-凝胶渗透法，将所选TMO(例如，T-Nb2O5)加载到石墨烯片上或3DGF或H3DGF中。在一些实例中，通过改变前体的浓度或比率以及缀合条件，来系统地调节如本文所述的复合电极的组成、结晶度、形态和纳米/微米结构以实现电极的期望电化学性质。
采用具有低操作电压的含水电解质的SC可能无法提供高的能量密度。如图10所示，一些TMO，例如TiO2和T-Nb2O5，在非水电解质中表现出固有的插嵌伪电容。如本文所述，在阳极或阴极中的这种TMO电极材料的组合与有机电解质中的碳质电极一起提供具有高能量密度和高功率密度的装置。然而，利用法拉第锂插嵌反应的TMO阳极与利用电解质离子的物理吸附/解吸的碳质阴极之间的动力学不匹配可能代表着生产高性能TMO复合SC的潜在障碍。为此，如本文所述，高功率阳极材料缓解上述动力学差距。在一些实施方案中，纳米结构TMO(例如，T-Nb2O5)与3DGF或H3DGF的集成(其表现出高的电导率和高的表面积)在这方面提供了理想的解决方案。
在混合系统中T-Nb2O5是理想的高倍率阳极复合材料，因为它表现出伪电容机制，该机制提供二维的传输途径，在插嵌时几乎没有结构变化，并且没有来自固态扩散的限制。然而，因为T-Nb2O5具有约200mAh/g的相对低的理论容量，因此使用具有更高理论容量的替代性TMO(例如本文所述的Fe3O4)来形成高容量3DGF-TMO或H3DGF-TMO复合阳极。在该情形中，如本文所述，通过在导电支架上或导电支架内加载超细Fe3O4纳米颗粒能缓和Fe3O4的倍率能力。
在一些实施方案中，过渡金属氧化物包括Nb2O5、Al2O3、V2O5、Re2O7、CrO3、CeO2、RuO2、ZrO2、MoO3、WO3、TiO2或它们的任何组合。
测量电极性能的方法
在一些实例中，将SEM JEOL 6700用于扫描电子显微镜检查。在一些实例中，将TEMT12 Quick CryoEM用于透射电子显微镜检查。在一些实例中，使用具有Cu K-α辐射的Panalytical X'Pert Pro X射线粉末衍射仪进行X射线衍射(XRD)。在一些实例中，将AxisUltra DLD用于X射线光电子能谱。在一些实例中，使用PerkinElmer仪器Pyris DiamondTG/DTA进行TGA。
在一些实例中，通过如下方式测量电极的电化学性质：将电极组装到CR2025硬币电池中，在具有水的氩气填充的手套箱中，其氧含量保持低于0.1ppm。在一些实例中，将厚度为约100μm的机械压制3DGF-S样品直接用作阴极，而使用锂箔作为阳极。在一些实例中，用于表征电极的电解质包含双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(约1M)在约1:1v/v的1,2-二甲氧基乙烷(DME)和1,3-二氧戊环(DOL)中的溶液，该溶液含有LiNO3(约1重量％)。在一些实例中，3DGF-90阴极表现出约0.636cm2的面积(直径约9mm的圆片)和约4.32mg/cm2的硫质量负载。在一些实例中，使用多通道电池测试系统(LAND CT2001A)以相对于Li/Li+为约1.6-2.6V的电势范围进行恒电流充电/放电循环。
在一些实例中，通过在没有任何添加剂的情况下将电极用作Li-S电池阴极中的阴极来测量该电极的电化学性质。
在一些实例中，在一些实验中使用的示例性3DGF或H3DGF电极具有约140μm的厚度，和约10mg/cm2的质量负载，这与商业SC的相当。
在水性电解质和非水性电解质中使用两电极构造或三电极构造在对称和不对称SC内研究基于3DGF和H3DGF的电极的电化学性质。使用全电池测试来评价在非水电解质(例如，在EC/DMC混合物中的LiPF6)或在离子液体电解质(EMIMBF4/AN)中的示例性混合超级电容器(例如，H3DGF-TMO/H3DGF)的总能量密度。
虽然重量电容已被常规用作评价SC电极的品质因数，但体积性能的测量是具有有限空间的电能存储应用的重要指标，例如便携式电子产品和EV。然而，仍对许多电极进行设计以优化石墨烯的重量电容和体积电容之间的折衷。
一些实验程序从相对薄的电极(例如，100nm)的特性得到装置性能，其活性电极具有低的活性材料质量负载。然而，这种薄电极装置的性能可能并不总是外推以预测厚电极的性能，因为薄电极具有减小的垂直离子扩散距离。因此，在一些实例中，通过在实际装置上的实验来确定本公开中的示例性堆叠体能量密度，其尺寸和质量与商业装置相当。这证明这里所公开装置的性能在功能上可以是可扩展的，这对于实际应用和大规模商业化可能特别重要。
示例性3D石墨烯框架的性能和特性
图11示出具有高质量负载的示例性H3DGF-Si复合物的SEM图像。
根据图12A中的示例性H3DGF-S的横截面SEM图像可以看出经由前体的硫沉积对非H3DGF 3D石墨烯框架内的石墨烯的影响，图12B示出其内的1μm硫颗粒。
此外，图13A呈现了包封在3DGF中的硫颗粒的示例性低放大率TEM图像，并且描绘了石墨烯囊穴内的熔融硫的移动，而虚线表示石墨烯囊穴的壁。如图所示，示例性TEM的强电子束照射引起硫颗粒在3DGF内动态流动而不会泄漏到铜网格上。如图所示，熔融硫流过3DGF的石墨烯壁-1 1301，但随后被3DGF的石墨烯壁-2 1302阻止。因此，这些图像证实硫被很好地包封在3DGF的多层囊穴和壁内，从而有效地抑制或减轻液体硫的泄漏。另外，由于在放电过程期间硫的固-液相转变成为电解质中的可溶多硫化物类似于观察到的熔化过程，因此通过3DGF或H3DGF包封硫是延迟多硫化物往复移动效应的有效手段。
根据图14，示例性3DGF-S70、80、90和95复合物的横截面视图的扫描电子显微镜(SEM)图像显示了类似的微米级多孔结构，以及约1μm的可比较的硫颗粒尺寸。示例性3DGF-S95的SEM图像显示出明显的机械脆性结构，其中硫颗粒覆盖石墨烯片的大部分。应该注意的是，将硫负载从约90％增加到约95％大致使硫质量加倍。
在一些实例中，负载百分比为约70％的示例性H3DGF-S阴极表现出约1,252mAh/g的硫比容量，根据图15所示。
根据图16，在还原过程和3DGF-S复合物形成之前和之后的示例性3DGF-S90的X射线衍射(XRD)表征显示在约11.6°处的初始宽GO峰，在用抗坏血酸还原后该峰变小，并且显示出在约22.2°处的rGO峰，其表明GO的成功还原。示例性XRD光谱显示出在还原之前和之后的正交晶相硫(JCPDS No.08-0247)的轮廓分明的衍射峰，这证实硫成功纳入到3DGF中。
根据图17所示，热重分析(TGA)确定复合物结构的硫负载量。示例性3DGF-S复合物的TGA研究显示，当温度增加至高于约200℃(这对应于硫的升华温度)时，重量减少。为了测定硫含量，在不含硫的示例性纯3DGF上进行TGA，以解释来自石墨烯本身的重量贡献。在重量损失校准之后，示例性样品的硫含量经确定为约70％、约80％、约90％和约95％。亚甲蓝吸收测试确定具有硫和没有硫的3DGF的表面积是非常相似的，当通过碳量规范化时为约900m2/g，因此表明硫包含对3DGF的总体结构没有显著影响。
根据图18所示，进一步评价示例性3DGF-S电极的电化学性能，通过将冷冻干燥的3DGF-S应用为自支持复合阴极而不添加任何添加剂。尽管Li-S电池的容量通常通过硫的体积或质量规范化，但是硫越少则可预期容量越高，这些示例性测量未考虑粘合剂或导电添加剂的重量。因此，图18A中的示例性测量通过电极的总重量进行规范化，并突出本文公开的主要性能改进。
根据图18A，在约1.6-2.6V(相对于Li+/Li)的电压范围下，示例性3DGF-S90在0.1C下的恒电流测试放电/充电曲线显示出在约2.32V和约2.08V的平台，这表明长链多硫化物(Li2Sx，4≤x≤8)和短链多硫化物(Li2S2或Li2S)的形成。在其第一个使用循环中，3DGF-S90表现出约1,070mAh/g的容量。在第20次和第50次使用循环时的放电/充电曲线也清楚地显示出两个平台，表明良好的电化学稳定性。图18B和图18C示出了示例性3DGF-S样品在0.1C下的循环能力，分别通过硫重量和电极重量规范化。根据图18C，3DG-S90阴极在各种电流倍率下表现出良好的循环响应，并且容量能够在0.2C下恢复至657mAh/g。
表1硫-比容量的比较
根据表1和图18B，示例性3DGF-S70、80、90和95电极的初始容量分别为约1,286mAh/g、约1,200mAh/g、约1,077mAh/g和约628mAh/g。正如预期，较低的硫负载产生较高的硫-比容量，因为石墨烯框架中较少的硫产生较多的电子和离子传输路径，因此有效地利用硫的益处。在50次循环之后，3DGF-S70、80和90电极的容量分别降低至约846mAh/g、约777mAh/g和约746mAh/g。在50次循环之后，3DGF-S95的比容量逐渐增加至约673mAh/g，这可归因于框架中的硫引起的过度绝缘，其要求长的活化过程以逐渐利用深埋的硫。
图18D示出了通过整个电极的质量规范化的示例性3DGF-S90电极的倍率性能，而在0.2C、0.5C、1.0C和2C的C倍率下的初始容量分别为约772mAh/g、约615mAh/g、约500mAh/g和约381mAh/g。因此，在约1.0的C-倍率下3DGF-S90的高固有容量提供了比在该倍率下的传统锂离子电池高一个数量级的功率密度。重要的是要注意，尽管C-倍率典型仅通过硫的重量规范化，但是本文报道的功率密度通过电极的总质量规范化。3DGF-S90阴极在各种电流倍率下表现出良好的循环响应，并且容量能够在0.2C下恢复至约657mAh/g。图18D说明了3DGF-S90阴极在1C下的长寿命性能。通过整个电极质量规范化的初始比放电容量为约441mAh/g，其在30次循环后由于活化过程而逐渐增加至约473mAh/g，并且在500次循环后至341mAh/g，对应于77％的容量保持率和约0.052％每循环的容量衰减。在前10次循环期间发生的初始活化过程之后，库仑效率在整个循环期间始终保持在约99.5％。
表2 3DGF-S90性能能力
上面在表2中列举了3DGF-S90的性能特征。总之，本公开已经报道了自支持3D石墨烯-硫复合物的设计和使用一锅合成法的合成。高导电互连并且机械牢固的3D石墨烯和包封的硫颗粒的组合产生高性能的硫阴极，当通过0.1C的整个阴极的重量规范化时具有约969mAh/g的创记录高容量，并且具有稳定的循环耐久性，在1C下高达500次循环，容量衰减为约0.052％每循环。这些结果证实，具有超高硫含量的自支持3DGF提供了向高度稳固EESD的有前景的路径。
具有3D石墨烯框架电极的示例性超级电容器的性能和特性
根据本文所述方法制造示例性SC。在本文所述的一些实例中，H3DGF-TMO、H3DGF-Si和H3DGF电极被结合以形成具有高能量密度和高功率密度以及长循环寿命的超级电容器装置。
完全封装的3DGF和H3DGF-SC硬币电池表现出约35Wh/kg和约49Wh/L的堆叠体重量和体积能量密度(通过包括两个电极、集流体、电解质、分隔体和包装的装置的总重量或总体积规范化)。本文公开的3DGF或H3DGF电极包含约10mg/cm2或更大的面积质量负载，当用于本文公开的SC装置中时，其在约176Wh/m2或更大的面功率密度下提供约23Wh/m2或更大的面能量密度。
示例性的完全封装的对称SC由3DGF和H3DGF制成，其提供比商业SC高约10倍的创记录高能量密度(约35Wh/kg和约50Wh/L)。
具有H3DGF-TMO复合阳极的示例性混合H3DGF-TMO/H3DGF SC实现了基于装置总重量为约16-45Wh/kg或更高的总体能量密度(基于电极材料的重量为约40-140Wh/kg)，同时保持典型SC的功率密度(约1-10kW/kg)。
具有高比容量(约500-2,000mAh/g)和低操作电压电位(小于约0.5V)的示例性H3DGF-Si复合阳极将H3DGF-Si/H3DGF混合SC的堆叠体能量密度增加至约40-100Wh/kg。另外，使用H3DGF-Si复合阳极和H3DGF-S复合阴极来形成H3DGF-Si/H3DGF-S EESD，其能量密度为约150-450Wh/kg。
Claims (38)
1.一种包含有孔3D石墨烯框架的电极，其包含：
a)具有多孔结构的有孔石墨烯片的互连导电网络，其中在所述有孔石墨烯片内形成纳米孔；以及
b)电容性或伪电容性材料，所述电容性或伪电容性材料包含硫颗粒，其中所述硫颗粒包封在有孔石墨烯片的互连导电网络内，其中所述包封抑制多硫化物的往复移动，并且其中所述电极具有相对于电极总重量或质量计至少80％重量或质量的硫含量。
2.根据权利要求1所述的电极，其进一步包含集流体。
3.根据权利要求1所述的电极，其中该电极具有450m2/g至3,000m2/g的比表面积。
4.根据权利要求1所述的电极，其中该电极具有30％至99％的电容性或伪电容性材料的负载比率。
5.根据权利要求1所述的电极，其中该电极具有500次循环至2,000,000次循环的循环寿命。
6.根据权利要求1所述的电极，其中该电极在0.1C倍率下具有250mAh/g至4,000mAh/g的比容量。
7.根据权利要求1所述的电极，其中该电极具有90％至99％的孔隙率。
8.根据权利要求1所述的电极，其中该电极包含具有0.002μm至1μm的直径的纳米孔。
9.一种能量储存装置，其包含
a)第一电极和第二电极；和
b)电解质；
其中第一电极和第二电极中的至少一个包含有孔3D石墨烯框架，其中所述有孔3D石墨烯框架包含有孔石墨烯片的互连导电网络，其中在所述有孔石墨烯片内形成纳米孔，
其中第一电极和第二电极中的至少一个还包含复合材料，该复合材料包含电容性或伪电容性材料，该电容性或伪电容性材料包含硫颗粒，其中所述硫颗粒包封在有孔石墨烯片的互连导电网络内，其中所述包封抑制多硫化物的往复移动，并且其中所述第一电极或所述第二电极中的至少一个具有相对于电极总重量或质量计至少80％重量或质量的硫含量。
10.根据权利要求9所述的能量储存装置，其中该电解质是非水电解质，其包含六氟磷酸锂、碘甲烷、硫酸二甲酯、碳酸二甲酯、四甲基氯化铵、三氟甲磺酸甲酯，重氮甲烷、氟磺酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基亚砜、硝基甲烷、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、1-2二甲氧基乙烷、1,3-二氧戊环、硝酸锂或它们的任何组合。
11.根据权利要求9所述的能量储存装置，其中该能量存储装置具有16Wh/kg至750Wh/kg的堆叠体-比能量密度。
12.根据权利要求9所述的能量储存装置，其中该能量存储装置具有0.5kW/kg至20kW/kg的堆叠体-比功率密度。
13.根据权利要求9所述的能量储存装置，其中该能量存储装置具有16Wh/kg至900Wh/kg的电极-比重量能量密度。
14.根据权利要求9所述的能量储存装置，其中该能量存储装置具有0.5kW/kg至40kW/kg的电极-比重量功率密度。
15.根据权利要求9所述的能量储存装置，其中该能量存储装置具有1mF至10F的总电容。
16.一种构建如权利要求1所述的电极的方法，该方法包括：
a)形成氧化石墨烯和第一溶剂的溶液；
b)加热该溶液以形成有孔氧化石墨烯；
c)对在溶液中的有孔氧化石墨烯进行离心处理；
d)在第二溶剂中清洗该有孔氧化石墨烯；
e)形成该有孔氧化石墨烯在第三溶剂中的分散体；和
f)向分散体中添加酸以形成有孔的还原的氧化石墨烯框架。
17.根据权利要求16所述的构建电极的方法，其中该方法能够在卷到卷工艺中连续形成电极。
18.根据权利要求16所述的构建电极的方法，其中氧化石墨烯在溶液中的浓度为1.15g/L至4.6g/L。
19.根据权利要求16所述的构建电极的方法，其中该第一溶剂包含氧化剂，该氧化剂包括氧气、臭氧、过氧化氢、萤石二氧化物、过氧化锂、过氧化钡、氟、氯、硝酸、硫酸、过氧二硫酸、过氧单硫酸、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、次氯酸盐、家用漂白剂、铬酸、重铬酸、三氧化铬、氯铬酸吡啶鎓、铬酸盐化合物、重铬酸盐化合物、高锰酸钾、过硼酸钠、一氧化二氮、硝酸钾、铋酸钠或它们的任何组合。
20.根据权利要求16所述的构建电极的方法，其中该第一溶剂包含氧化剂，该氧化剂包括硝酸盐化合物、卤素化合物、六价铬化合物、高锰酸盐化合物或它们的任何组合。
21.根据权利要求16所述的构建电极的方法，其中该第一溶剂包含氧化剂，该氧化剂包括次卤酸盐化合物。
22.根据权利要求16所述的构建电极的方法，其中将溶液加热至50℃至200℃的温度。
23.根据权利要求16所述的构建电极的方法，其中第二溶剂和第三溶剂中的至少一种包括甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水或它们的任何组合。
24.根据权利要求16的构建电极的方法，其中所述酸包括弱酸，该弱酸包括甲酸乙酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、硫化氢或它们的任何组合。
25.根据权利要求16的构建电极的方法，该方法还包括将所述有孔氧化石墨烯框架压到金属泡沫上，所述金属泡沫包含钢、不锈镍、铝、铜、铋、铬、钴、镓、金、铁、铟、铅、镁、汞、银、钠、锡、钛、锌、锆、青铜或它们的任何组合。
26.根据权利要求16的构建电极的方法，该方法还包括将所述有孔氧化石墨烯框架沉积到集流体上，所述集流体包括：
a)金属膜，该金属膜包含银、铜、金、铝、钙、钨、锌、黄铜、青铜、镍、锂、铁、铂、锡、碳钢、铅、钛、不锈钢、汞、铬、砷化镓或它们的任何组合；或
b)聚合物膜，该聚合物膜包含聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基、聚吡咯、聚咔唑、聚吲哚、聚吖庚因、聚苯胺、聚噻吩、聚3,4-亚乙基二氧噻吩、聚对苯硫醚、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基，或它们的任何组合。
27.一种构建权利要求1的电极的方法，该方法包括：
a)合成氧化石墨烯，包括：
i.形成氧化石墨烯悬浮液；和
ii.干燥所述悬浮液；以及
b)从氧化石墨烯合成复合物硫-有孔氧化石墨烯，包括：
i.将硫前体添加到氧化石墨烯悬浮液和第一溶剂；
ii.添加第一酸以形成第一溶液；
iii.搅拌该第一溶液，
iv.向第一溶液中添加第二酸以形成第二溶液，
v.加热该第二溶液，
vi.在第二溶剂中清洗第二溶液，以及
vii.冷冻干燥该第二溶液；
其中所述电极具有相对于电极总重量或质量计至少80％重量或质量的硫含量。
28.根据权利要求27所述的方法，其中该硫前体包括硫代硫酸钠、碱性硫代硫酸钠、硫代硫酸铵、硫代硫酸钡、硫代硫酸钙、脱水硫代硫酸钠金(I)、硫代硫酸钾、硫酸盐或它们的任何组合。
29.根据权利要求27所述的方法，其中第一溶剂和第二溶剂中的至少一种包括甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水、去离子水或它们的任何组合。
30.根据权利要求27所述的方法，其中第一酸包括高氯酸、氢碘酸、氢溴酸、盐酸、硫酸、对甲苯磺酸甲磺酸或它们的任何组合。
31.根据权利要求27所述的方法，其中第二酸包括甲酸、抗坏血酸、乙酸、三氯乙酸、氢氟酸、氢氰酸、硫化氢或它们的任何组合。
32.根据权利要求27所述的方法，其中从0.5M至2M调节所述硫前体的浓度，以控制所述电极的负载比率。
33.根据权利要求27所述的方法，其中所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为1.2g/L至4.6g/L。
34.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一酸和所述第二酸中的至少一种的浓度为0.5M至4M。
35.根据权利要求27所述的方法，其中在47℃至190℃的温度下加热所述第二溶液。
36.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极具有相对于电极总重量或质量计至少90％重量或质量的硫含量。
37.根据权利要求9所述的能量储存装置，其中所述第一电极或所述第二电极中的至少一个具有相对于电极总重量或质量计至少90％重量或质量的硫含量。
38.根据权利要求27所述的方法，其中所述电极具有相对于电极总重量或质量计至少90％重量或质量的硫含量。
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|---|---|---|---|---|
| JP7213550B2 (ja) | 2016-09-26 | 2023-01-27 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 超高速エネルギー貯蔵のためのホーリーグラフェンフレームワーク複合材料およびそのような複合材料を調製する方法 |
| WO2018177544A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Toyota Motor Europe | System and method for charge protection of a lithium-ion battery |
| US10756334B2 (en) * | 2017-12-22 | 2020-08-25 | Lyten, Inc. | Structured composite materials |
| CN108461309B (zh) * | 2018-04-25 | 2019-09-24 | 山西大学 | 一种石墨烯膜电极材料的制备方法 |
| CN108929521B (zh) * | 2018-07-04 | 2020-08-18 | 东南大学 | 一种高导热高导电石墨烯基复合材料及其制备方法 |
| CN110047660B (zh) * | 2019-04-03 | 2021-04-16 | 中南大学 | 一种过渡金属硫化物/石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN112447409A (zh) * | 2019-09-04 | 2021-03-05 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 包括含硫电容器的电化学电池 |
| US11309545B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-04-19 | Lyten, Inc. | Carbonaceous materials for lithium-sulfur batteries |
| US11489161B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-11-01 | Lyten, Inc. | Powdered materials including carbonaceous structures for lithium-sulfur battery cathodes |
| CN111137878A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-12 | 上海烯望材料科技有限公司 | 一种石墨烯散热膜及其制备方法 |
| KR102298215B1 (ko) * | 2020-01-09 | 2021-09-03 | 건국대학교 산학협력단 | 고전도성과 다공성을 동시에 갖는 그래핀 산화물 종이 제조 방법 |
| CN111354950A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-06-30 | 湖北亿纬动力有限公司 | 一种箔材、其制备方法和电芯、电池模组以及储能设备 |
| CN112924252B (zh) * | 2021-01-27 | 2022-09-27 | 华中科技大学 | 一种灰渣中铅形态的分析方法 |
| CN112875686A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-01 | 上海交通大学 | 基于次氯酸钠的多孔石墨烯制备方法 |
| CN117999675A (zh) * | 2021-07-12 | 2024-05-07 | 新加坡国立大学 | 用于能量储存的硫化的碳纳米材料电极及其制备方法 |
| US20230155107A1 (en) * | 2021-11-16 | 2023-05-18 | Jonathan Jan | Reticulated electrode structure and method of making the same |
| CN116230888B (zh) * | 2023-02-17 | 2024-03-08 | 三一红象电池有限公司 | 一种制备碳包覆硫酸铁钠材料的方法、碳包覆硫酸铁钠材料和电池 |
| CN117393713B (zh) * | 2023-10-07 | 2024-09-17 | 安徽格兰科新材料技术有限公司 | 硅基/石墨烯/铜集流体一体化复合材料及其制备与用途 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101780952A (zh) * | 2010-03-26 | 2010-07-21 | 上海交通大学 | 负载功能氧化物多孔炭的制备方法 |
| CN101982408A (zh) * | 2010-10-20 | 2011-03-02 | 天津大学 | 石墨烯三维结构体材料及其制备方法和应用 |
| CN102447113A (zh) * | 2011-12-12 | 2012-05-09 | 南开大学 | 聚合物包覆硫/碳复合材料为正极的锂电池 |
| CN102923698A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-02-13 | 中南大学 | 一种超级电容器用三维多孔石墨烯的制备方法 |
| CN103199224A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-07-10 | 河北科技大学 | 一种锂硫电池正极材料的制备方法及其使用方法 |
| WO2013141494A1 (ko) * | 2012-03-21 | 2013-09-26 | 전자부품연구원 | 유황을 포함하는 그래핀 복합체 양극을 포함하는 리튬-유황 이차전지 및 그의 제조 방법 |
| CN103395778A (zh) * | 2013-08-14 | 2013-11-20 | 武汉理工大学 | 面内网孔结构石墨烯及其制备方法 |
| CN103762364A (zh) * | 2014-02-12 | 2014-04-30 | 上海理工大学 | 一种硫基锂离子电池电极材料及其制备方法 |
| CN104617283A (zh) * | 2015-03-03 | 2015-05-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种锂硫电池碳纤维增强三维石墨烯-硫正极材料及其制备方法和正极的制备方法 |
| WO2015069332A1 (en) * | 2013-11-08 | 2015-05-14 | The Regents Of The University Of California | Three-dimensional graphene framework-based high-performance supercapacitors |
| CN104882594A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-09-02 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 三维石墨烯-空心碳球纳米复合物及其制备方法 |
| WO2015145171A1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Perpetuus Research & Development Limited | A composite material |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8936874B2 (en) | 2008-06-04 | 2015-01-20 | Nanotek Instruments, Inc. | Conductive nanocomposite-based electrodes for lithium batteries |
| WO2012144993A1 (en) | 2011-04-20 | 2012-10-26 | Empire Technology Development, Llc | Chemical vapor deposition graphene foam electrodes for pseudo-capacitors |
| US9102118B2 (en) * | 2011-12-05 | 2015-08-11 | International Business Machines Corporation | Forming patterned graphene layers |
| KR101356791B1 (ko) | 2012-01-20 | 2014-01-27 | 한국과학기술원 | 박막형 수퍼커패시터 및 그의 제조 방법 |
| CN104245578A (zh) * | 2012-03-09 | 2014-12-24 | 巴斯夫欧洲公司 | 基于掺杂石墨烯的气凝胶 |
| US9120677B2 (en) * | 2012-04-02 | 2015-09-01 | National Institute Of Aerospace Associates | Bulk preparation of holey graphene via controlled catalytic oxidation |
| KR102022367B1 (ko) * | 2012-05-07 | 2019-11-05 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 탄소/그래핀 복합 적층체와 이의 제조방법 |
| US20140030590A1 (en) * | 2012-07-25 | 2014-01-30 | Mingchao Wang | Solvent-free process based graphene electrode for energy storage devices |
| US20140255795A1 (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-11 | Arumugam Manthiram | Sulfur-hydroxylated graphene nanocomposites for rechargeable lithium-sulfur batteries and methods of making the same |
| US9917303B2 (en) * | 2013-04-22 | 2018-03-13 | Nanotek Instruments, Inc. | Rechargeable lithium-sulfur battery having a high capacity and long cycle life |
| JP2016528678A (ja) | 2013-07-03 | 2016-09-15 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | セパレータフリー型シリコン‐硫黄電池用カーボンナノチューブ‐グラフェンハイブリッド構造 |
| US20150010825A1 (en) | 2013-07-05 | 2015-01-08 | Graduate School At Shenzhen, Tsinghua University | Graphene composite material, methods for making graphene and graphene composite material, and lithium sulfur battery using the same |
| US9567225B2 (en) * | 2013-10-11 | 2017-02-14 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Single-step, solvent-free, catalyst-free preparation of holey carbon allotropes |
| CA2962468C (en) * | 2014-03-11 | 2023-03-28 | Uti Limited Partnership | Porous carbon films |
| US20150328616A1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-11-19 | California Institute Of Technology | Surface mediated synthesis of polynucleotides, polypeptides and polysaccharides and related materials, methods and systems |
| KR101490693B1 (ko) | 2014-05-20 | 2015-02-11 | 연세대학교 산학협력단 | 3차원 그래핀 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 초고용량 커패시터 |
| US9742001B2 (en) * | 2014-08-07 | 2017-08-22 | Nanotek Instruments, Inc. | Graphene foam-protected anode active materials for lithium batteries |
| US20160099116A1 (en) * | 2014-10-05 | 2016-04-07 | Yongzhi Yang | Methods and apparatus for the production of capacitor with electrodes made of interconnected corrugated carbon-based network |
-
2017
- 2017-01-25 TW TW106103010A patent/TWI759278B/zh active
- 2017-01-25 CN CN201780008342.XA patent/CN109313988B/zh active Active
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-
2018
- 2018-07-03 IL IL260392A patent/IL260392B2/en unknown
-
2020
- 2020-05-29 US US16/888,030 patent/US11348740B2/en active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101780952A (zh) * | 2010-03-26 | 2010-07-21 | 上海交通大学 | 负载功能氧化物多孔炭的制备方法 |
| CN101982408A (zh) * | 2010-10-20 | 2011-03-02 | 天津大学 | 石墨烯三维结构体材料及其制备方法和应用 |
| CN102447113A (zh) * | 2011-12-12 | 2012-05-09 | 南开大学 | 聚合物包覆硫/碳复合材料为正极的锂电池 |
| WO2013141494A1 (ko) * | 2012-03-21 | 2013-09-26 | 전자부품연구원 | 유황을 포함하는 그래핀 복합체 양극을 포함하는 리튬-유황 이차전지 및 그의 제조 방법 |
| CN102923698A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-02-13 | 中南大学 | 一种超级电容器用三维多孔石墨烯的制备方法 |
| CN103199224A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-07-10 | 河北科技大学 | 一种锂硫电池正极材料的制备方法及其使用方法 |
| CN103395778A (zh) * | 2013-08-14 | 2013-11-20 | 武汉理工大学 | 面内网孔结构石墨烯及其制备方法 |
| WO2015069332A1 (en) * | 2013-11-08 | 2015-05-14 | The Regents Of The University Of California | Three-dimensional graphene framework-based high-performance supercapacitors |
| CN103762364A (zh) * | 2014-02-12 | 2014-04-30 | 上海理工大学 | 一种硫基锂离子电池电极材料及其制备方法 |
| WO2015145171A1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Perpetuus Research & Development Limited | A composite material |
| CN104617283A (zh) * | 2015-03-03 | 2015-05-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种锂硫电池碳纤维增强三维石墨烯-硫正极材料及其制备方法和正极的制备方法 |
| CN104882594A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-09-02 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 三维石墨烯-空心碳球纳米复合物及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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