石墨烯 中國(guó)電池網(wǎng)資料圖
日常生活中許多產(chǎn)品離不開(kāi)電池，但電池的充電速度和使用時(shí)間始終遭人詬病。美國(guó)華人科學(xué)家在最新一期美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們研制出一種多孔石墨烯復(fù)合電極技術(shù)，朝著研制充電速度快且續(xù)航能力強(qiáng)的電池邁近重要一步。
美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒教授對(duì)新華社記者說(shuō)，充電快慢由功率密度決定，使用時(shí)間長(zhǎng)短由能量密度決定，但對(duì)于現(xiàn)在大部分電池，提高功率密度與提高能量密度通常相互沖突。而以多孔石墨烯為三維框架結(jié)構(gòu)、表面均勻生長(zhǎng)納米顆粒五氧化二鈮的方式制成的復(fù)合電極，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)充電快和使用時(shí)間長(zhǎng)這兩個(gè)目標(biāo)。
“對(duì)于一個(gè)需要充1小時(shí)電的手機(jī)電池，利用這個(gè)電極有可能把充電時(shí)間降到10分鐘內(nèi)，而電池容量并沒(méi)有減少多少，”他舉例說(shuō)，“此前我們可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)類似快充，但一般伴隨的是能量密度（使用時(shí)間）的大幅降低。”
鋰離子電池是目前最主流的電池類型，但其能量密度等性能被認(rèn)為已接近極限。過(guò)去10多年，學(xué)術(shù)界的很多研究集中在新的電極材料上，尤其是納米結(jié)構(gòu)電極材料。這些材料在實(shí)驗(yàn)中可輸出很高的能量或?qū)崿F(xiàn)快充，但在商用器件中卻一直沒(méi)辦法達(dá)到理想性能。
石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)，由碳原子組成的二維晶體，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。這項(xiàng)研究使用三維多孔石墨烯結(jié)構(gòu)，加上五氧化二鈮作為電極材料，較好地解決了相關(guān)技術(shù)難題，成功實(shí)現(xiàn)了較高電池容量和超快速充放電的組合。
段鑲鋒說(shuō)：“利用類似原理，我們正在把三維多孔石墨烯與高容量納米材料，如納米硅、硫等復(fù)合，若成功實(shí)施有望在電池容量上實(shí)現(xiàn)3至5倍以上的改善，進(jìn)一步增加手機(jī)待機(jī)時(shí)間或電動(dòng)汽車的行駛距離。”
他說(shuō)，雖然相關(guān)工作仍有很多細(xì)節(jié)需要完善，生產(chǎn)工藝也需進(jìn)一步優(yōu)化，但這“為實(shí)現(xiàn)高容量、高功率商用電池器件指出了一個(gè)切實(shí)可行的藍(lán)圖”。
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