《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何提升電池性能?期待石墨烯納米材料

2011-08-06

  石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體,只有一層碳原子的厚度,是迄今最薄也最堅(jiān)硬的材料,其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強(qiáng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。很多人認(rèn)為,石墨烯可能取代硅成為未來的電子元件材料,在超級計(jì)算機(jī)、觸摸屏和光子傳感器等多個(gè)領(lǐng)域“大顯身手”。

  據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報(bào)道,美國科學(xué)家制造出了一種由石墨烯和錫層疊在一起組成的納米復(fù)合材料,這種可用來制造大容量能源存儲(chǔ)設(shè)備的輕質(zhì)新材料可用于鋰離子電池中,其“三明治”結(jié)構(gòu)也有助于提升電池的性能。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《能源和環(huán)境科學(xué)》雜志上。

  該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室分子基地的科學(xué)家張躍剛(音譯)表示:“電動(dòng)汽車需要輕質(zhì)電池,也要求這種電池能快速地充電,且其充電能力不會(huì)因持續(xù)充放電而有所降低。我們最新研制出的石墨烯納米復(fù)合材料可改進(jìn)電池的性能。”

  石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體,只有一層碳原子的厚度,是迄今最薄也最堅(jiān)硬的材料,其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強(qiáng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。很多人認(rèn)為,石墨烯可能取代硅成為未來的電子元件材料,在超級計(jì)算機(jī)、觸摸屏和光子傳感器等多個(gè)領(lǐng)域“大顯身手”。張躍剛和同事此前的研究也都專注于石墨烯在電子設(shè)備上的應(yīng)用。

  在最新研究中,該研究團(tuán)隊(duì)將石墨烯和錫交替層疊制造出了這種納米復(fù)合材料。他們將一層錫薄膜沉積在石墨烯上,接著在錫薄膜上方放置另一層石墨烯,然后不斷重復(fù)這個(gè)過程制造出了這種復(fù)合材料。他們還對材料進(jìn)行了熱處理,通過在一個(gè)充滿氫氣和氬氣的環(huán)境中將其加熱到300攝氏度,錫薄膜轉(zhuǎn)變成很多柱子,增加了錫層的高度。

  研究人員姬立文(音譯)表示:“對這個(gè)系統(tǒng)來說,錫薄膜形成這些錫納米柱非常重要。而且,我們也發(fā)現(xiàn),最上層石墨烯和最底層石墨烯之間的距離也會(huì)不斷變化以適應(yīng)錫層高度的變化。”

  新納米復(fù)合材料中石墨烯層之間的高度變化會(huì)對電池的電化學(xué)循環(huán)有所改善,錫高度的變化會(huì)改進(jìn)電極的性能。另外,這種適應(yīng)性也意味著電池能被快速地充電,而且重復(fù)充放電也不會(huì)降低其性能,這對電動(dòng)汽車內(nèi)的可充電電池來說非常關(guān)鍵。

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