锂离子电池（LIB）由于其安全性、高能量密度和低自放电，已成为消费电子产品的主要电源，然而，石墨碳作为传统的阳极材料，其充放电容量为372毫安时（表压）−1，对于即将推出的电动汽车来说，这不是一种有希望的阳极材料。
为了满足电动汽车日益增长的需求，迫切需要开发高比容量的新型阳极材料，石墨烯等非颗粒碳已成为石墨作为阳极材料的有希望的替代品。
ZnO因其高理论容量（978mAh/g，几乎是石墨的两倍），锂离子扩散效率高，成本低，环保，然而，ZnO的体积膨胀/收缩较大(~163%），导电性差，导致容量衰减快，循环性能差，.为了解决这些问题，已经提出了各种策略，包括使用ZnO纳米结构和碳基复合材料，通过浸渍工艺制备了三维碳/ZnO纳米膜复合泡沫。
700℃后，复合材料可保持初始容量的92%以上2次循环A克−1因为ZnO纳米膜的灵活性以及通过碳泡沫的有效电子/离子传输，在我们之前的工作中，我们还成功地合成了ZnO/膨胀石墨复合材料，其容量可达438毫安时（表压）−1在200毫安（表压）−1500之后循环。
石墨烯被认为是一种优良的阳极材料，具有优异的化学稳定性、柔韧性和导电性，石墨烯气凝胶（GA）是组装的二维石墨烯片的三维结构，它不仅保持了石墨烯片独特结构的优势，而且还具有超低密度、高可调孔隙率、优异的机械强度和非凡的吸附性能，我们认为GA与ZnO纳米膜相结合的独特3D结构，可能在LIB阳极中具有有利的应用。
在此，我们设计了一种3DGA包覆ZnO纳米膜（GAZ）的电极结构，GA首先通过无模板冷冻干燥策略制备，然后通过原子层沉积（ALD）涂覆ZnO纳米膜GAZ复合材料的组分可以通过改变ALD循环次数来轻松调整，这已在我们之前的研究中得到证明，在复合材料中，GA充当ZnO纳米膜的导电骨架和支撑物，其灵活的性质有助于调节ZnO在放电/充电过程中的体积变化，多孔结构有助于有效Li+运输。
因此，当应用于锂存储时，GAZ复合材料表现出高比容量和优异的倍率性能；这种复合材料的可逆容量为1200毫安时（表压）−11000时毫安（表压）−1500之后循环，在复合材料的充放电过程中，也观察到了显著的容量增加现象。
测试结果证实，循环诱导的容量增加，可归因于低压区聚合物层的形成，我们相信，该机制可以用来解释其他金属氧化物中的类似现象。
实验中使用的氧化石墨烯（GO）是使用改进的悍马方法，从天然石墨中制备的，所有化学品均来自中国国药集团化学试剂有限公司，在制备石墨烯水凝胶的典型程序中，5.0将mg多巴胺添加到GO水分散体中，然后剧烈搅拌10min以获得均匀的溶液。
15毫克我-在混合物中加入抗坏血酸，并进行剧烈的磁力搅拌，直至其完全溶解，第三，将混合物密封在玻璃容器中，并在95℃下加热10°Ch将棕色水溶液转化为黑色石墨烯水凝胶。
将水凝胶放置在金属板上，金属板在水中透析后放置在液氮池中，以去除可溶性物质，通过定向冻结，水凝胶从金属-水凝胶界面到顶面完全冻结，然后，通过冷冻干燥从冷冻水凝胶中获得气凝胶。
将干燥的气凝胶置于装满全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOES）/乙醇（2wt.%），液体和气凝胶之间没有直接接触，将密封玻璃容器加热至708°可在空气中彻底干燥后获得。
用二甲基锌和去离子水分别作为锌源和氧化剂源，在ALD室中用ZnO纳米膜包覆得到的GA，沉积期间的室温为150摄氏度，典型的ALD循环包括二乙基锌脉冲（30ms），等待时间（3s）和氮气（Ntwo)净化（15s）和水脉冲（30ms），等待时间（3s）、和Ntwo吹扫（15°/s）。
复合材料中ZnO纳米膜的厚度，通过改变ALD循环次数进行调整，20、100和300周期（简称GAZ20、GAZ100和GAZ300），样品在管式炉中700℃退火120°C最小值（单位：N）two大气，相比之下，纯GA也在700℃的管式炉中退火120°C最小值（单位：N）two大气。
通过无模板的冷冻干燥策略合成GA，然后，利用ALD用ZnO纳米膜修饰GA表面，利用SEM对GA和GAZ的形貌和微观结构进行了表征，GA是由石墨烯纳米片组成的，随着ALD循环次数的增加，GAZ复合材料的微观结构相似性和差异性，可以看出，氧化锌纳米膜很好地沉积在GA表面上，但表面覆盖率却大不相同。
GAZ20中的石墨烯层没有完全被ZnO纳米膜覆盖，由于GA表面缺乏活性位点或官能团，ZnO在GA表面呈点状/岛状分布，当ALD循环次数增加到100时，GA的表面完全被由小纳米颗粒组成的ZnO纳米膜修饰，用更多的ALD环形成了厚实的ZnO纳米膜，随着ALD循环次数的增加，GA表面的ZnO覆盖率相应增加。
EDS分析用于确定GAZ复合材料的化学成分，O和Zn的存在及其原子百分比表明，ZnO纳米膜成功地修饰在GA表面，这与SEM图像一致。
说明了GAZ中锌的原子百分比与ALD循环的关系，观察到Zn浓度明显增加，这表明通过改变ALD循环可以很容易地调整复合材料的组成，为了研究这些复合材料的晶体结构，用XRD对复合材料进行了表征，GAZ300和GAZ100，ZnO（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）、（112）和（201）的特征衍射峰在XRD图中清晰显示表明，在GA表面涂覆ZnO纳米膜，可以保持六方纤锌矿结构。
然而，由于ZnO含量太低，GAZ20可以分辨出很弱的衍射峰，随着ALD循环次数的增加，ZnO浓度越高，其特征峰越明显，实验结果，进一步证明了通过改变ALD循环成功地调整了复合材料的组成，可以很容易地探讨组合物对器件性能的影响。
在不同电流密度（1000–2500）下，评估了具有不同ALD循环的纯GA和GAZ复合材料的速率性能，根据电极的总质量计算电流密度和容量。GA20在高电流密度（2.5A克−1).随着ALD循环次数增加到100，GAZ100电极显示出更好的速率性能。
随着电流密度增加到1500、2000和2500毫安（表压）−1GAZ100电极的容量为520、450和400毫安时（表压）−1分别当电流密度恢复到1000时毫安时（表压）−1，GAZ100电极恢复初始可逆容量600毫安时（表压）−1优良的速率性能归功于GA良好的导电性、多孔结构和机械灵活性，这有助于快速e（电子）−/李+在复合电极中传输，减轻ZnO粉化。
可以注意到，纯GA的初始放电容量高于其理论容量，额外的容量归因于电解质分解形成固体电解质界面（SEI）层，当ALD循环数增加到300时，GAZ300提供的容量较低，并且显示出比GAZ100更差的速率性能。
速率性能与ALD循环数没有正相关，我们推断GAZ20中ZnO含量低导致电荷-放电容量低。随着ALD循环次数增加到300次，复合材料的电阻相应增加，较厚的ZnO纳米膜完全覆盖了GA表面，这不利于电解质渗透和锂离子传输。
GAZ300中较厚ZnO的体积变化不能很好地缓和，因此，尽管GAZ300具有较高的ZnO含量，但其速率性能恶化。
为了更详细地研究比容量，我们对纯GA和GAZ复合材料进行了长周期测试，测试速率为1000毫安（表压）−1用于1000速率性能测试后的循环，结果如图所示，GAZ复合材料的比容量从第50次循环明显增加到第500次循环。
值得注意的是，容量从580增加毫安时（表压）−1至1200×毫安时−1对于GAZ100，从450到700毫安时（表压）−1对于GAZ300，从300到600毫安时（表压）−1用于GAZ20。
相应地GAZ100的最高面积容量为0.61毫安/厘米two，高于GAZ20（0.31毫安时/厘米two)和GAZ300（0.35毫安时/厘米two).然而，纯GA在长周期中的容量仅显示出较小的容量增加，而ZnO在之前的研究中也没有显示出明显的容量增加，这表明，GAZ复合材料的容量增加应归因于ZnO和GA组分的共同作用。
许多金属氧化物制成的阳极，在循环过程中，观察到这种容量增加现象并归因于活性电解质降解形成可逆聚合物层，已经证明，该层可以有效地存储锂离子，因此容量得到了提高。
为了进一步研究容量增加现象，我们对GAZ100电极进行了CV测试，GAZ100电极在第1、300和800次循环中的CV曲线，这些曲线是用0.01–3.0的电位窗口记录的扫描速度为0.1时，V毫伏秒−1在第一个循环中，四个阴极峰位于1.6V（I），0.9V（II），0.2V（III）和0.06观察到V（IV），峰值位于1.6V（I）可能与SEI层的形成有关。
在0.9（II）和0.2时观察到的峰值V（III）对应于ZnO还原为Zn（ZnO锂+第六版−→锌锂twoO）和合金化过程（xLi锌→锂x个Zn），此外强还原峰接近0.06V（IV）与GA的锂化过程有关，与第一次循环相比，阴极峰值为1.6300后的V（I）旋回仍然存在，表明SEI层的形成仍发生在随后的长旋回中。
峰值为1.6800后V（I）消失旋回，表明SEI层的稳定形成。还原峰值为0.9（II）和0.2V（III）切换至0.62和0.3五、分别在300和800次充电/放电循环后。
基于上述讨论，我们将这种转变归因于ZnO到Zn的还原反应，伴随着聚合物层的形成。
对于阳极曲线，在0.2、0.5、1.3、1.7和2.3处有五个峰值观察到V，氧化峰值为0.2、0.5和1.3V对应于Li的多步骤脱合金过程x个锌合金形成锌，在1.7和2.3处达到峰值V对应于锌氧化生成ZnO。
在随后的循环中，可以清楚地看到，所有这些阳极峰值都会移向更高的电压。这表明在随后的循环中，GAZ100阳极中锂离子的电子传输更快或脱嵌速度较慢。然而，ZnO在充电/放电循环中的膨胀/收缩应导致与GA的接触相对较差，从而导致电子传输较慢。
观察到的向更高电压的峰值偏移应主要归因于锂离子去intercalation较慢。以前的文献已经证明，聚合物层的形成会增加界面电阻，并阻碍锂离子的脱嵌，此外，值得注意的是，阳极和阴极峰的积分面积随循环次数增加而增，这与增加容量一致。
通过ALD很容易合成GAZ复合材料，可以通过改变ALD循环次数来微调GAZ的组成。表征表明，由复合材料制成的电极，具有更好的速率性能和更高的容量，因为该复合材料将GA的优良导电性和灵活性与ZnO纳米膜的高比容量结合在一起，骑行能力显著提高（从580毫安时/克至1200GAZ100电极的毫安时/克），详细的电化学分析表明。
这种现象是由低压区聚合物层的形成引起的，聚合物层可以储存更多的锂，从而提高可逆容量，GAZ复合材料方便的制备工艺和高可逆容量使其成为未来LIB的潜在阳极材料。
