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10倍!新型石墨烯让钠电池容量大增 未来或可与锂电池相媲美

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,无论是制成特殊泡沫作为热开关,还是与陶瓷混合形成超强的电解质,石墨烯正以一些有趣的方式塑造着电池技术的未来。现在,来自瑞典的科学家又将这种神奇材料应用到可持续的钠电池中,从而让容量比传统钠电池增长了十倍多。

在改进和创造电池设计的道路上,科学家们被地球中含量丰富的钠所吸引,并把钠看作是目前锂离子电池的优秀替代者。这些钠离子电池的功能很像今天的锂离子电池,通过在液态电解质中的一对电极之间穿梭离子来发电,但就目前而言,它们的性能还不尽如人意。

部分原因是钠离子比锂离子大,所以它们不能很好地与由石墨烯堆叠层组成的石墨电极融合。通常情况下,当电池在一种称为插层(intercalationintercalation)的过程中循环时,离子会自由地进出石墨电极,但体积较大的钠离子无法有效地储存在结构中。这严重影响了钠离子电池的性能,使其容量达到35 mAh/g左右,是锂离子电池的1/10。

为了寻找解决这个问题的方法,瑞典查尔莫斯工学院(Chalmers University of Technology)的科学家们转向了一种具有特殊特性的新型石墨烯。该团队的Janus石墨烯是以一位因拥有两张脸而闻名的罗马神名字命名,其特点是只有一面的分子既是间隔物,又是钠离子的活性互动点。

事实上,在这之前,科学家已经有人将两面性思维应用于所谓的Janus粒子,例如允许球体既吸引又排斥水。在这种情况下,只在石墨烯材料的一个面上发现的分子促进了堆叠片之间的静电相互作用,同时也在它们之间创造了更多的空间,该团队发现这带来了容量的巨大提高。

该团队成员Jinhua Sun解释说:“我们在石墨烯层的一侧添加了一个分子间隔。当这些层叠在一起时,分子在石墨烯片之间创造了更大的空间,并提供了一个互动点,这导致了容量的大幅提高。”

0倍!新型石墨烯让钠电池容量大增

据悉,通过使用新型Janus石墨烯代替石墨,科学家们在实验性钠电池中实现了332 mAh/g的容量,比传统设计高出约10倍,接近使用石墨的锂电池容量。这项研究成果已于近期发表在了《科学进步》杂志上。

0倍!新型石墨烯让钠电池容量大增

研究作者Aleksandar教授说:“当我们观察到钠离子以如此高的容量插入时,这真是令人兴奋。这项研究仍处于早期阶段,但结果很有希望。这表明有可能设计出适合钠离子的有序结构的石墨烯层,使其与石墨相媲美。”

原创文章,作者:科创板日报,如若转载,请注明出处:http://www.zgsmx.cn/25227.html

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