科技日?qǐng)?bào)訊 (記者姜靖)近年來研究表明,納米電極材料有望提供相當(dāng)于現(xiàn)在商用鋰離子電池?cái)?shù)倍的能量或功率密度,但該材料此前只能在負(fù)載量極低的超薄研究型電極中達(dá)到其優(yōu)異性能,難以在需要較高負(fù)載量的商用器件中實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有潛力。美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒教授團(tuán)隊(duì)最近研制出一種三維多孔石墨烯復(fù)合電極材料,成功地解決了電極性能隨著負(fù)載量急劇下降的關(guān)鍵難題,使得制備高負(fù)載的高性能電極成為可能。相關(guān)研究成果美國(guó)時(shí)間11日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
段鑲鋒近日接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示,雖然許多納米材料在一些研究型器件中展現(xiàn)了優(yōu)異的儲(chǔ)能性能,但在此類器件中,電極活性材料負(fù)載量經(jīng)常只有商業(yè)化器件中常用負(fù)載量的10%左右。由于極低的負(fù)載量,最終體現(xiàn)在整體器件中的容量或功率密度很難能較大幅度地超過現(xiàn)在的鋰離子電池。如果只是簡(jiǎn)單地增加電極厚度,隨著厚度的增加,電子輸運(yùn)電阻和離子擴(kuò)散電阻都會(huì)顯著增加,致使電極性能急劇下降。
該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的三維多孔石墨烯復(fù)合材料中,高度聯(lián)通的石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)異的電子傳輸特性,而其多層次孔結(jié)構(gòu)則大大促進(jìn)了離子的快速輸運(yùn),從而使該材料在高負(fù)載電極中首次同時(shí)實(shí)現(xiàn)了較高的容量和極高的功率特性。“這標(biāo)志著高性能電極材料在朝商用儲(chǔ)能器件方向發(fā)展的道路上邁出了關(guān)鍵的一步。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員成會(huì)明評(píng)論說。
段鑲鋒表示,這一方案可以適用于其他高性能電極材料,為在商業(yè)級(jí)器件中實(shí)現(xiàn)此類高性能儲(chǔ)能材料的潛力提供了一個(gè)切實(shí)可行的途徑,有望極大提高相關(guān)儲(chǔ)能器件的容量和充放電速度。
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