基于氣泡構建的多孔分層石墨烯問世
可大大提高鋰空氣電池的儲能容量
本報訊據美國物理學家組織網11月29日報道，美國西北太平洋國家實驗室（PNNL）的研究團隊利用新途徑，構建出了可用于鋰空氣電池的多孔分層石墨烯。這種基于氣泡構建的石墨烯結構的形態與破損的蛋殼相似，可大大提高鋰空氣電池的儲能容量，未來有望取代應用于電動汽車的傳統光滑石墨烯片，解決普通石墨烯在使用中易被微粒阻塞的困擾。相關研究報告發布在近期出版的《納米快報》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計，也可以應用于許多其它潛在的能源存儲領域。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境的影響。
鋰空氣電池可支持遠程電動汽車，雖然自身重量很輕，但其應用仍受限于實際的儲能容量和較差的循環壽命。此次研究展示了如何實現電池容量的最大化。材料學家表示，這對于電動汽車和能量存儲領域的應用十分關鍵。
研究團隊先將黏合劑與石墨烯相結合，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。當氣泡最后爆破時，石墨烯內已經形成了中空的球體，這種微小的黑色粒子直徑僅為3微米至4微米，比人類的頭發要細10多倍。
借助建模和顯微鏡，科學家分析了新型石墨烯的結構及性能。他們發現，每克多孔結構的石墨烯能多儲存1.5萬毫安小時的能量，遠勝于使用其它材料的效能。
此次研究的主導者張繼光（音譯）博士表示︰“我們正在研究多種可在這種技術中應用的催化劑，但不會選用貴金屬，這將大幅降低生產成本并增加適用性。”
目前，電池只有在純氧的環境下才能達到最高水平的儲能容量，當在空氣中進行操作時，儲能容量會因空氣中的水對于鋰金屬的影響而有所下降。研究團隊正致力于研發一種薄膜，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充電，其正在研制一種新型的電解液和催化劑，從而實現電池的多次充電，為需要高能量密度的電池應用提供后備支持。（張巍巍）
(科技日報)
