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俄羅斯科學(xué)家研制新型復(fù)合材料 大幅提高鋰離子電池容量和

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2018-01-04  來源:科技部  瀏覽次數(shù):156
核心提示:現(xiàn)在,鋰離子電池是許多設(shè)備(從手機到電動汽車)最普及的電源。與傳統(tǒng)電池相比,這些電池的比容量高、使用壽命長和安全性好。盡
        現(xiàn)在,鋰離子電池是許多設(shè)備(從手機到電動汽車)最普及的電源。與傳統(tǒng)電池相比,這些電池的比容量高、使用壽命長和安全性好。盡管有這些優(yōu)勢,增加電池的容量和提高充電速度仍是亟需解決的問題。 
 
        鋰離子電池的物理基體是由多孔聚合物材料分隔開的兩個電極,即陽極(正)和陰極(負(fù))。充電時,電流把鋰離子從陰極移動到陽極,而電池使用時,鋰離子向相反方向移動。當(dāng)電池電量耗盡時,電極之間鋰離子的移動能力很低,這就是為什么智能手機買了幾個月后,需要比原來更頻繁地充電的原因。
 
       現(xiàn)在,使用石墨烯可以延長電池的壽命。石墨烯是一種獨特的二維材料,因發(fā)現(xiàn)該材料在2010年授予了諾貝爾物理學(xué)獎,它的比表面積大、導(dǎo)電性和彈性好。石墨烯可廣泛用于各個工業(yè)領(lǐng)域,包括儲能設(shè)備。
 
       俄科學(xué)家研制的復(fù)合材料是由兩種異質(zhì)層(石墨烯和二硫化釩)組成的二維結(jié)構(gòu),這種薄片的厚度大約為1納米。研究證實,不僅可以把鋰離子限制在該材料的表面上,而且還可以約束在層間的空間里,最終結(jié)果導(dǎo)致材料的高比容量。 
 
       科學(xué)家估計,該復(fù)合材料的正極材料容量可達569mAh/g,比現(xiàn)在鋰離子電池最常用于陽極的石墨要高出幾乎一倍。理論計算表明,石墨烯和釩的化合物不僅保證電子轉(zhuǎn)移的效果好,而且確保了材料的機械強化。
 
       除了容量之外,該復(fù)合材料關(guān)鍵的特點是鋰離子在材料內(nèi)部的遷移率高。這就可以快速給電池充電或者給大功率設(shè)備供電。此外,離子的高遷移率能夠使電池在低溫下正常工作。 
 
       在研究中科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)另一個重要的特征,在材料充填鋰離子后,也能夠在復(fù)合材料里保持石墨烯獨特的電子特性??茖W(xué)家認(rèn)為,這種效應(yīng)為控制石墨烯基納米材料的性能提供了新的可能。這項研究得到了俄聯(lián)邦教育科學(xué)部和俄羅斯基礎(chǔ)研究基金會的資助。
 
關(guān)鍵詞: 復(fù)合材料 石墨烯
 
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