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多孔石墨烯电极技术取得重要进展

更新时间:2017-10-11 09:45:00 来源:

日常生活中许多产品离不开电池,但电池的充电速度和使用时间始终遭人诟病。美国华人科学家在最新一期美国《科学》杂志上报告说,他们研制出一种多孔石墨烯复合电极技术,朝着研制充电速度快且续航能力强的电池迈近重要一步。

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校段镶锋教授对新华社记者说,充电快慢由功率密度决定,使用时间长短由能量密度决定,但对于现在大部分电池,提高功率密度与提高能量密度通常相互冲突。而以多孔石墨烯为三维框架结构、表面均匀生长纳米颗粒五氧化二铌的方式制成的复合电极,能同时实现充电快和使用时间长这两个目标。

“对于一个需要充1小时电的手机电池,利用这个电极有可能把充电时间降到10分钟内,而电池容量并没有减少多少,”他举例说,“此前我们可能听说过类似快充,但一般伴随的是能量密度(使用时间)的大幅降低。”

锂离子电池是目前最主流的电池类型,但其能量密度等性能被认为已接近极限。过去10多年,学术界的很多研究集中在新的电极材料上,尤其是纳米结构电极材料。这些材料在实验中可输出很高的能量或实现快充,但在商用器件中却一直没办法达到理想性能。

石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的二维晶体,具有优异的导电性能。这项研究使用三维多孔石墨烯结构,加上五氧化二铌作为电极材料,较好地解决了相关技术难题,成功实现了较高电池容量和超快速充放电的组合。

段镶锋说:“利用类似原理,我们正在把三维多孔石墨烯与高容量纳米材料,如纳米硅、硫等复合,若成功实施有望在电池容量上实现35倍以上的改善,进一步增加手机待机时间或电动汽车的行驶距离。”

他说,虽然相关工作仍有很多细节需要完善,生产工艺也需进一步优化,但这“为实现高容量、高功率商用电池器件指出了一个切实可行的蓝图”。