環(huán)球塑化網(wǎng) www.PVC123.com 訊：
納米材料在科學(xué)家眼里是種很有潛力的材料，尤其是在電池行業(yè)，目前現(xiàn)有電池不能同時(shí)滿足高能量密度和高功率密度兩種條件，但納米材料有這種可能，現(xiàn)在研究人員已經(jīng)做出了初步的材料，這就是石墨烯--Nb2O5納米復(fù)合材料[Sun et al., Science (2017) 356, 599].
納米結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能材料受到超薄電極和低質(zhì)量負(fù)載的限制。但來(lái)自加利福尼亞大學(xué)，湖南大學(xué)，和沙特國(guó)王大學(xué)的研究人員，制備了三維多孔石墨烯網(wǎng)絡(luò)，加入Nb2O5后表現(xiàn)得類(lèi)似于納米導(dǎo)電支架，克服了上述問(wèn)題。相互連接的石墨烯結(jié)構(gòu)提供了電子傳輸?shù)目蚣?，而可調(diào)節(jié)的孔隙允許離子的快速移動(dòng)。
“通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)石墨烯骨干中的孔隙度，復(fù)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的電荷傳輸具有高容量和大電流密度的能力，” Duan說(shuō)。“我們使電池的高性能電極材料獲得了較大突破。”
多孔石墨烯框架在超級(jí)電容器中的應(yīng)用已被報(bào)道，大面積是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，但直到現(xiàn)在，厚電極的擴(kuò)散限制被證明非常具有挑戰(zhàn)性。在新材料中，質(zhì)量載荷為10-20 mg/cm2時(shí)，互穿電子和離子輸運(yùn)路徑的結(jié)合提供了較高的充放電速率。
Duan解釋說(shuō)：“在較厚的電極中，離子的質(zhì)量輸運(yùn)極限和電子輸運(yùn)的電阻變得越來(lái)越關(guān)鍵。”這些影響導(dǎo)致在高質(zhì)量負(fù)荷下，最先進(jìn)的商用石墨、硅和碳/硅陽(yáng)極以及碳/硫陰極中，容量保持率快速下降。 他補(bǔ)充說(shuō)，在高功率密度下問(wèn)題變得更糟糕。但由于石墨烯/ Nb2O5納米復(fù)合材料能夠更有效地提供電荷，促進(jìn)電荷傳輸，即使是厚電極，高質(zhì)量負(fù)荷下容量保持率和電流密度依舊可以保持較高的數(shù)值。
Yury Gogotsi，Drexel大學(xué)納米材料研究所主任，認(rèn)為這項(xiàng)工作非常出色。由新的納米復(fù)合材料制成的電極，在實(shí)際有用的重量(11 mg/cm2)下仍然顯示出高速和高區(qū)域容量。
他指出：“我們都希望在幾分鐘內(nèi)，為我們的手機(jī)就和電動(dòng)汽車(chē)充電。像這樣的多孔石墨烯Nb2O5復(fù)合材料具有很高的電子和離子導(dǎo)電率，可以提供高速能量?jī)?chǔ)存。”
但在新的復(fù)合材料可以商業(yè)化應(yīng)用之前，制備工藝仍然需要優(yōu)化，以便大規(guī)模生產(chǎn)，他說(shuō)：“繼續(xù)努力設(shè)計(jì)新的電極結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高電荷傳輸速率，加速電池高級(jí)活性材料的開(kāi)發(fā)。”
