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基于氣泡構建的多孔分層石墨烯問世
 基于氣泡構建的多孔分層石墨烯問世
可大大提高鋰空氣電池的儲能容量
 
本報訊據美國物理學家組織網11月29日報道,美國西北太平洋國家實驗室(PNNL)的研究團隊利用新途徑,構建出了可用于鋰空氣電池的多孔分層石墨烯。這種基于氣泡構建的石墨烯結構的形態與破損的蛋殼相似,可大大提高鋰空氣電池的儲能容量,未來有望取代應用于電動汽車的傳統光滑石墨烯片,解決普通石墨烯在使用中易被微粒阻塞的困擾。相關研究報告發布在近期出版的《納米快報》雜志上。
 
    科研人員表示,自我裝配的多層石墨烯片不僅是鋰空氣電池的理想設計,也可以應用于許多其它潛在的能源存儲領域。此外,新型石墨烯材料將不依賴于鉑或其它貴金屬,可有效降低成本和對環境的影響。
 
    鋰空氣電池可支持遠程電動汽車,雖然自身重量很輕,但其應用仍受限于實際的儲能容量和較差的循環壽命。此次研究展示了如何實現電池容量的最大化。材料學家表示,這對于電動汽車和能量存儲領域的應用十分關鍵。
 
    研究團隊先將黏合劑與石墨烯相結合,借助黏合劑使石墨烯分散于溶液之中,就像利用肥皂將油脂分解在水中一樣;隨后將石墨烯和黏合劑加入水中混合,在溶液中生成氣泡,使石墨烯和黏合劑在氣泡的周圍成形、變硬。當氣泡最后爆破時,石墨烯內已經形成了中空的球體,這種微小的黑色粒子直徑僅為3微米至4微米,比人類的頭發要細10多倍。
 
    借助建模和顯微鏡,科學家分析了新型石墨烯的結構及性能。他們發現,每克多孔結構的石墨烯能多儲存1.5萬毫安小時的能量,遠勝于使用其它材料的效能。
 
    此次研究的主導者張繼光(音譯)博士表示︰“我們正在研究多種可在這種技術中應用的催化劑,但不會選用貴金屬,這將大幅降低生產成本并增加適用性。”
 
    目前,電池只有在純氧的環境下才能達到最高水平的儲能容量,當在空氣中進行操作時,儲能容量會因空氣中的水對于鋰金屬的影響而有所下降。研究團隊正致力于研發一種薄膜,可以阻攔空氣中的水,并允許必要的氧氣流動。
 
    張博士還表示,目前基于新型石墨烯材料的鋰空氣電池還不能完全重復充電,其正在研制一種新型的電解液和催化劑,從而實現電池的多次充電,為需要高能量密度的電池應用提供后備支持。(張巍巍) 
 
(科技日報)
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