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石墨烯制备更高容量锂电池

发布日期:2012-02-09 来源:《麻省理工科技创业》 浏览次数:11285
中国汽车配件社区网讯:分层交替的石墨烯和锡薄膜,在氢气和氩气环境中加热到300摄氏度,锡薄膜就会转化成一系列柱子,增加了锡层的高度。

财经政经管理综合互联网/IT商业金融人物行业合作接洽价值中国网首页 > 杂志汇 >商业>《麻省理工科技创业》 > 清洁能源专题石墨烯制备更高容量锂电池分层交替的石墨烯和锡薄膜,在氢气和氩气环境中加热到300摄氏度,锡薄膜就会转化成一系列柱子,增加了锡层的高度。

作者:熔桓

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人员已经创造了一种石墨烯和锡的纳米复合材料,使可再生锂离子电池可高容量储能。把锡夹在石墨烯薄片之间,研究人员就制成了一种新的轻型“三明治”结构,可以提高电池的性能。

“对于电动汽车而言,您需要一种轻巧的电池,可以迅速充电,而且经反复使用后,仍可保持充电容量,”张粤港(Yuegang Zhang)说,他是伯克利实验室分子铸造部(Molecular Foundry)研究员,在无机纳米结构所(Inorganic Nanostructures Facility),领导这项研究。“这里,我们已经展示的,是合理设计的纳米级结构,不需要添加剂或粘结剂就可以运行,可提高电池性能。”

石墨烯是一种单原子厚的“鸡线”晶格状碳原子,具有非凡的电子和机械性能,远远超过硅和其它传统半导体材料。以前的石墨烯研究中,张粤港和他的同事强调了电子设备的应用。

在这项研究中,这个小组组装分层交替的石墨烯和锡,创造了一种纳米复合材料。要创造这种复合材料,一层锡薄膜就要被沉积到石墨烯上。接下来,另一层石墨烯片被转移锡薄膜上。重复此过程,就可制成一种复合材料,然后,在氢气和氩气环境中,把它加热到300摄氏度(572华氏度)。在这一热处理期间,锡薄膜会转化成一系列柱子,增加了锡层的高度。

“从锡薄膜形成这些纳米柱,对于这一系统而言是非常特别的,我们发现,上下层石墨烯之间的距离也随之改变,以适应锡层的高度变化,”纪李文(Liwen Ji)说,他是铸造部的博士后研究员。纪李文为主要作者,张粤港为通信作者的一篇论文,报道了这一研究,发布在杂志《能源和环境科学》(Energy and Environmental Science)上。

在这些新的纳米复合材料中,石墨烯层间高度的变化,有助于电池的电化学循环过程,因为锡的体积变化提高了电极的性能。此外,这个可调节的行为,意味着电池可迅速反复充电,不会退化,这对于电动汽车充电电池而言是关键的。

“我们在伯克利实验室有一个很大的电池计划,我们能够制造高度可循环的电池单元.。通过我们与碳循环2.0(Carbon Cycle 2.0)计划的互动,材料科学部的研究人员得益于优质电池设施和人员,加之,我们了解到了用什么制备更好的电极,”联合作者巴塔利亚(Battaglia)说,他是伯克利实验室环境与能源技术部高级能源技术部门的项目经理。“作为回报,我们有一个窗口,可以让开发下一代材料的科学家们谈谈这些要求。”

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