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科学家研制出多孔石墨烯电极充电快-凯旋门国际平台
2021-01-27 [38610]

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凯旋门国际平台:从手机、电脑到电动车,我们日常生活中的很多产品都是不可缺少的电池,但是电池的电池速度和使用时间却一直受到批评。现在,美国加州大学洛杉矶分校的中国科学家段剑锋和黄宇研制出了一种多孔石墨烯填充电极,使我们更接近电池速度快、续航能力强的“圣杯”。段剑锋教授告诉记者,电池水平是功率密度要求的,电池使用时长是能量密度要求的。然而,对于现在的大多数电池来说,提高功率密度和提高能量密度通常是相互冲突的。

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由多孔石墨烯作为三维框架结构和表面均匀分布生长的纳米粒子制成的填充电极由五水铌制成。段剑锋说:“对于必须充电一小时的手机电池,使用这种功率很有可能将电池时间减少到10分钟以内,而不会大大增加电池容量。

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”。锂离子电池是目前最主流的电池类型,但其能量密度等性能已被指出接近无穷大。在过去的十年里,学术界的许多研究都集中在新型电极材料上,尤其是纳米结构电极材料。

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这些材料可以输入非常高的能量或在实验中缓慢构建,但仍然没有办法在商业设备中超过它们的理想性能。前面镶嵌的分段说明电池是阳极和阴极被隔膜隔开倒入电解液的结构,充放电就是离子和电子向两个电极移动。因此,阳极和阴极具有涂有(阻抗)活性储能材料的金属膜。

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处于研究阶段的新型储能材料只能在极低阻抗的超薄电极中建立其优异的性能。随着材料厚度的减小,离子传播的阻力也明显减小,导致材料性能急剧下降。因此,它们在商业设备中的性能很少达到现有锂离子电池的较低程度。

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石墨烯是由石墨材料挤压出的碳原子组成的二维晶体,具有单一的原子厚度和优异的导电性。本研究应用于三维多孔石墨烯结构,不仅保持了良好的电子传输性能,而且大大小小的纳米孔改善了离子的慢传输,成功解决了电极性能随负载降低而急剧下降的关键问题。

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研究人员以五水铌电极材料为实验对象,通过调整三维多孔石墨烯框架,首次在低阻抗电极中成功构建了一组高容量、超强慢充放电的电极。段剑锋说:“利用相似性原理,我们在三维多孔石墨烯中填充高容量纳米材料,如纳米硅、硫等。如果实施成功,未来电池容量将提高3-5倍以上,从而进一步减少手机待机时间或电动车行驶距离。

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