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查爾姆斯理工大學采用新型石墨烯 使鈉離子電池的容量提高10倍

時間:2021-09-02 09:09來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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(圖片來源:查爾姆斯理工大學)
 
       不論是形成用作熱開關的特殊泡沫,還是與陶瓷混合形成超韌電解質,還是用于包裹精細的硅顆粒,石墨烯都在以一些有趣的方式塑造電池技術的未來。據外媒報道,瑞典科學家在可持續性鈉電池中加入一種新型石墨烯材料,使電池容量增加了10倍。
 
       科學家們致力于尋找更好的新電池設計,并希望用儲量豐富的鈉來代替價格昂貴且儲量少的鋰。類似于鋰離子電池,在鈉離子電池中,離子通過電解液在兩個電極之間移動,從而產生電力。然而,就目前的情況而言,其性能還不盡如人意。
 
       部分原因在于,與鋰離子相比,鈉離子的體積過大,無法很好地適應含有堆疊石墨烯層的石墨電極。正常情況下,在電池循環的插層過程中,離子會自由地進出石墨電極,但是大量的鈉離子無法在該結構中有效存儲。這極大地影響了鈉離子電池的性能,其容量約為35mAh/g,僅達到鋰離子電池的十分之一。
 
       為了尋找解決這一問題的解決方案,查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)的研究人員著眼于一種具有特殊性質的新型石墨烯。這種Janus石墨烯,以羅馬神話中的兩面神命名,其特點是在兩個相對面上具有不對稱的化學官能化(chemical functionalisation)。同時,僅存在材料一側的分子,既充當間隔物,又充當鈉離子的相互作用活性位點。
 
       在這種情況下,僅存在于石墨烯材料的一個面上的分子,可以促進堆疊片材之間的靜電相互作用,同時在它們之間創造更多的空間。該研究團隊發現,這有助于顯著提升容量。研究人員Jinhua Sun表示:“我們在石墨烯層的一側添加了分子間隔物,當各層堆疊在一起時,分子在石墨烯片之間形成更大的空間,并提供相互作用點,從而使容量顯著增加。”
 
       通過使用創新Janus石墨烯來代替石墨,實驗鈉離子電池的容量可達到332 mAh/g。這比傳統設計大約高出10倍,接近石墨中的鋰容量。研究人員表示,這項研究仍處于早期階段,但其結果富有前景。這表明有可能設計出適合鈉離子的有序結構石墨烯層,使其可與石墨相媲美。
 
(責任編輯:子蕊)
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