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新型石墨烯有望大幅提高鋰空氣電池容量
來源:科技日報(bào) 日期:2011-12-2 作者:全球電池網(wǎng) 點(diǎn)擊:

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能容量,未來有望取代應(yīng)用于電動汽車的傳統(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。

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)用于許多其他潛在的能源存儲領(lǐng)域。此外,新型石墨烯材料將不依賴于鉑或其他貴金屬,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)程電動汽車,雖然自身重量很輕,但其應(yīng)用仍受限于實(shí)際的儲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,這對于電動汽車和能量存儲領(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)的石墨烯能多儲存1.5萬毫安小時(shí)的能量,遠(yuǎn)勝于使用其他材料的效能。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)到最高水平的儲能容量,當(dāng)在空氣中進(jìn)行操作時(shí),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(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。

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。

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