基于氣泡構(gòu)建的多孔分層石墨烯問世
可大大提高鋰空氣電池的儲(chǔ)能容量
本報(bào)訊據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)11月29日報(bào)道，美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）的研究團(tuán)隊(duì)利用新途徑，構(gòu)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(gòu)建的石墨烯結(jié)構(gòu)的形態(tài)與破損的蛋殼相似，可大大提高鋰空氣電池的儲(chǔ)能容量，未來有望取代應(yīng)用于電動(dòng)汽車的傳統(tǒng)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(guān)研究報(bào)告發(fā)布在近期出版的《納米快報(bào)》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(shè)計(jì)，也可以應(yīng)用于許多其它潛在的能源存儲(chǔ)領(lǐng)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(huán)境的影響。
鋰空氣電池可支持遠(yuǎn)程電動(dòng)汽車，雖然自身重量很輕，但其應(yīng)用仍受限于實(shí)際的儲(chǔ)能容量和較差的循環(huán)壽命。此次研究展示了如何實(shí)現(xiàn)電池容量的最大化。材料學(xué)家表示，這對于電動(dòng)汽車和能量存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用十分關(guān)鍵。
研究團(tuán)隊(duì)先將黏合劑與石墨烯相結(jié)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(dāng)氣泡最后爆破時(shí)，石墨烯內(nèi)已經(jīng)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(fā)要細(xì)10多倍。
借助建模和顯微鏡，科學(xué)家分析了新型石墨烯的結(jié)構(gòu)及性能。他們發(fā)現(xiàn)，每克多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯能多儲(chǔ)存1.5萬毫安小時(shí)的能量，遠(yuǎn)勝于使用其它材料的效能。
此次研究的主導(dǎo)者張繼光（音譯）博士表示︰“我們正在研究多種可在這種技術(shù)中應(yīng)用的催化劑，但不會(huì)選用貴金屬，這將大幅降低生產(chǎn)成本并增加適用性。”
目前，電池只有在純氧的環(huán)境下才能達(dá)到最高水平的儲(chǔ)能容量，當(dāng)在空氣中進(jìn)行操作時(shí)，儲(chǔ)能容量會(huì)因空氣中的水對于鋰金屬的影響而有所下降。研究團(tuán)隊(duì)正致力于研發(fā)一種薄膜，可以阻攔空氣中的水，并允許必要的氧氣流動(dòng)。
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(fù)充電，其正在研制一種新型的電解液和催化劑，從而實(shí)現(xiàn)電池的多次充電，為需要高能量密度的電池應(yīng)用提供后備支持。（張巍巍）
(科技日報(bào))
