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【欧亿平台官网注册】万能石墨烯加入钠电池 有效提高电池存储容量和使用寿命

6月22日消息,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们用掺杂钠的石墨烯开发了一种新型结构。他们认为这种新型结构阳极有可能克服一些提高钠离子电池存储容量和使用寿命的基本问题。

科学家认为,虽然现在锂离子电池已经渗入到了我们生活中的方方面面,但是该类电池在存储容量、使用寿命、安全性能和成本方面都有所不足。而钠离子电池因为钠资源丰富所以成本会很低,且它的电压平台较高,这极大的提高了电池的安全性能。

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其实早在上世纪80年代,就已经有科学家在进行钠离子电池的研发了,但一直找不到理想的钠离子电极材料,致使电池的使用寿命极短,因此至今也没能投入量产。

此次研发的新型钠离子电池,在工作原理上与锂离子电池类似,都是利用离子在正负极之间的嵌脱实现充放电。先将商业硫化锑与氧化石墨烯于硫化钠溶液后混合,再通过控制结晶和烧结制备改性石墨烯与纳米硫化锑的复合材料。经过测试,该硫化锑基负极材料和钠片组装成半电池后,经过快速充放电(实间约为40分钟)900个循环后,容量保持率高达83%,几乎与现在的锂电池持平。

研究人员表示,改性后的石墨烯能够有效的提高硫化锑和相关放电产物的的稳定性能,能更有效稳定材料的结构和防止活性物质从石墨烯上脱落。据悉,该研究的相关成果已经发表在了纳米领域顶尖杂志《ACS纳米》上。

近来,人们对典型锂离子电池中存在的许多材料的担忧已经有了充分的记录,电池供应商、汽车制造商和其他参与者正在与世界各地的研究机构合作,开发依靠更丰富材料的储能解决方案。

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在固定储能领域,钠离子技术的商业应用有限。由于钠的含量比锂要丰富得多,而且这种电池化学成分的起火风险也低得多,因此它有几个优点。但钠的能量密度也比锂低得多,目前锂的能量密度有限,特别是在电动汽车和消费电子产品领域,电池的物理尺寸是决定因素。

EPFL的科学家说,他们的最新研究可能为提高钠离子电池的容量开辟新的途径。“锂正在成为一种关键材料,因为它被广泛用于手机和汽车电池,而原则上,钠可能是一种更便宜、更丰富的替代品,”费尔伦茨·西蒙说,他是EPFL 拉斯洛·福罗(Laszlo Forro)小组的访问科学家。“这促使我们寻求一种新的电池结构:掺杂钠的石墨烯。”

提高钠离子电池容量的一个挑战是,钠颗粒不能很好地插入锂离子电池通常使用的石墨电极。通过用石墨烯取代石墨(石墨烯和石墨烯都是碳的形式,石墨是晶体结构,而石墨烯是单层原子),他们能够成功地将钠涂在材料上。

该小组使用了一种依赖液态氨作为催化剂的化学过程来驱动反应,并能够生产出由几层高钠含量的石墨烯组成的材料。他们在《ACS纳米》上发表了他们在轻碱原子掺杂石墨烯超长自旋寿命中的研究方法。

这种材料还在自旋电子学领域开辟了潜在的新途径,而自旋电子学在晶体管和数据存储领域的应用非常重要。尽管这是一个非常早期的发现,与EPFL合作的科学家们对它的商业潜力充满信心。该论文的第一作者西蒙说:“我们的材料可以在工业规模上合成,并且仍然保持其优良的性能。”

但是,该小组承认,要使用此技术开发实际的设备,还有很多工作要做。他们总结道:“但是随着电池需求的近乎指数级增长,这项研究为创新开辟了非常有希望的可能性。”

文章来源: 维科网, 石墨烯资讯

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