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。
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