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科學家發現可能改變未來的儲能方式

時間:2015-03-12 08:39來源:新材料在線作者:綜合

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勞倫斯˙利弗摩爾(Lawrence Livermore，LLNL)國家實驗室的科研人員已經確認了石墨碳電極在結構和鍵合方面受電荷誘導的變化。這一發現可能改變未來的儲能方式。
Lawrence Livermore的研究給更高效電化學儲能體系的開發打開了新的窗戶來源: Ryan Chen/LLNL

這項研究可能有助于提高電池和超級電容器等電能存儲系統的容量和效率，來滿足日益增長的消費者、工業生產和綠色技術的要求。

未來技術要求能源儲存系統有更大的儲存容量，更快的充放電周期和更長的使用期。想在這些方面的進展就要求對儲能過程從原子尺度到微米尺度有更全面的理解。由于這些復雜的過程會隨著系統充電和放電發生顯著變化，研究人員已經越來越多地關注如何探測到儲能系統的內部運轉。盡管通過計算手段研究在過去數十年里取得了很大進展，但是通過實驗研究特別對于在儲能材料中非常普遍的輕元素的研究仍然很具挑戰性。

最近由一個LLNL帶領的團隊開發出一種新型X射線吸收光譜技術。該技術與模擬研究緊密結合來提供石墨超級電容器電極在充電電極-電解液界面的極化如何影響結構和成鍵的關鍵信息。

石墨超級電容器是探究界面現象的理想模型體系，因為石墨超級電容器化學穩定性相對較高，經過了廣泛的實驗和理論表征，同時技術上很吸引人。團隊采用了其最新研發的3D納米石墨(3D-NG)塊體電極材料作為石墨材料研究模型。

“我們最新開發的X射線吸收光譜技術使我們可以探測到在石墨超級電容器操作過程中電場引起的復雜的電子結構的變化。分析這些變化可以得到在從放電過程中電極結構和鍵合的演變。” LLBL科學家Jonathan Lee如是說。他也是《先進材料》3月4日期刊封面文章的通訊作者。“在我們解讀實驗數據時，與獨特的建模分析的結合為研究帶電電極-電解液界面起到了至關重要的作用。”他補充道。

對于石墨稀超級電容器的電子結構可以通過電荷誘導電極-電解液相互作用控制的這一發現，無疑給更高效電化學儲能體系的開發打開了新的窗戶。此外，在研究過程中發展的實驗和建模技術手段也可以立即應用于其他儲能材料和技術的研究中。(翻譯：趙歡)

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