石墨烯纳米复合材料可提升电池性能

2011-8-03 17:02 来源: 中国科学院
收藏到BLOG

  据美国物理学家组织网7月27日报道,美国科学家制造出了一种由石墨烯和锡层叠在一起组成的纳米复合材料,这种可用来制造大容量能源存储设备的轻质新材料可用于锂离子电池中,其“三明治”结构也有助于提升电池的性能。相关研究发表在最新一期《能源和环境科学》杂志上。

  该研究的领导者、劳伦斯伯克利国家实验室分子基地的科学家张跃刚(音译)表示:“电动汽车需要轻质电池,也要求这种电池能快速地充电,且其充电能力不会因持续充放电而有所降低。我们最新研制出的石墨烯纳米复合材料可改进电池的性能。”

  石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的二维晶体,只有一层碳原子的厚度,是迄今最薄也最坚硬的材料,其导电、导热性能超强,远远超过硅和其他传统的半导体材料。很多人认为,石墨烯可能取代硅成为未来的电子元件材料,在超级计算机、触摸屏和光子传感器等多个领域“大显身手”。张跃刚和同事此前的研究也都专注于石墨烯在电子设备上的应用。

  在最新研究中,该研究团队将石墨烯和锡交替层叠制造出了这种纳米复合材料。他们将一层锡薄膜沉积在石墨烯上,接着在锡薄膜上方放置另一层石墨烯,然后不断重复这个过程制造出了这种复合材料。他们还对材料进行了热处理,通过在一个充满氢气和氩气的环境中将其加热到300摄氏度,锡薄膜转变成很多柱子,增加了锡层的高度。

  研究人员姬立文(音译)表示:“对这个系统来说,锡薄膜形成这些锡纳米柱非常重要。而且,我们也发现,最上层石墨烯和最底层石墨烯之间的距离也会不断变化以适应锡层高度的变化。”

  新纳米复合材料中石墨烯层之间的高度变化会对电池的电化学循环有所改善,锡高度的变化会改进电极的性能。另外,这种适应性也意味着电池能被快速地充电,而且重复充放电也不会降低其性能,这对电动汽车内的可充电电池来说非常关键。