武漢科技大學周盈科教授團隊在《Diamond and Related Materials》期刊發表名為“Freeze-casting preparation of three-dimensional directional porous LiFePO4-graphene composite aerogel for lithium-ion battery”的論文，研究采用定向冷凍法成功合成了一種定向多孔三維LiFePO4石墨烯復合氣凝膠，并將其作為鋰離子電池的正極材料。定向冷凍裝置中開發的冰晶模板形成了三維有序的多孔結構，可以為電子和鋰離子提供豐富的擴散和傳輸通道，增強了鋰離子的插入動力學。

引入的石墨烯片均勻地嵌入到LiFePO4顆粒形成的三維多孔骨架中，與LiFePO4顆粒緊密接觸，從而加速了復合材料的電子轉移。隨著石墨烯含量的增加，復合材料的比表面積增大，可以為鋰離子的插層提供更多的活性位點，增強電解質/電極的接觸面積，從而提高復合材料的儲能能力。優化的定向多孔LFP-G復合材料表現出高的比放電容量（0.1C時為168.2 mAh g-1），卓越的速率能力（1和20C時為154.8和72.4 mAh g-1）和出色的循環穩定性（1C時800次循環的98.1%保持率）。定向冷凍策略為實現高性能鋰離子電池的優良電極材料提供了一種新的方法。

圖1、定向多孔三維LiFePO4石墨烯復合氣凝膠制備流程

圖2.具有各種石墨烯含量的LFP-G復合材料的XRD圖譜。

圖3、顯示了制備的LFP-G1%，LFP-G5%和LFP-G10%復合材料的SEM圖像

圖4、LFP-G復合材料的電化學性能

圖5、多孔LFP-G復合材料的反應動力學，進行了電化學阻抗（EIS）和循環伏安（CV）測量。

圖6. LFP-G復合材料的電子傳輸和Li擴散的機制

小結:采用定向冷凍法成功合成了三維定向多孔LiFePO4石墨烯復合氣凝膠，并全面研究了石墨烯含量對其微觀結構和電化學性能的影響。FP-G10%的復合氣凝膠表現出最高的比放電容量、優異的循環穩定性和速率性能。隨著石墨烯含量的增加，有序孔的尺寸變小，孔壁變厚。小孔和厚壁可以更好地保持復合材料在充電/放電過程中的結構穩定性。石墨烯含量的增加也增加了LFP-G復合氣凝膠的比表面積和電極/電解質的接觸面積，為鋰離子提供了更多的活性位點和遷移路徑，這有助于提高LFP-G復合氣凝膠的速率能力和比容量。定向多孔的磷酸鐵鋰-石墨烯復合氣凝膠是一種潛在的動力型鋰離子電池的正極材料。