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電池也要吃鹽?碳化后可打造 3D 多層碳結(jié)構(gòu),可提升電容

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1446次  |  2018年05月24日  

  一點(diǎn)點(diǎn)鹽就可以增加電池性能?聽(tīng)起來(lái)像是個(gè)天方夜譚,但這是倫敦瑪麗王后大學(xué)、劍橋大學(xué)與馬克斯普朗克固體物理和材料研究所共同研究成果,只要在超分子海綿加入鹽并加以碳化,就可以打造3D多層碳結(jié)構(gòu),可用于電池電極并提升電容。


  科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)把鹽放入超分子海綿,并置于高溫烘烤環(huán)境,就可以把海綿變成碳基結(jié)構(gòu)。其中鹽會(huì)以特殊方式與金屬海綿發(fā)生反應(yīng),將海綿從均質(zhì)物質(zhì)變成具有纖維、支架和網(wǎng)狀物的復(fù)雜結(jié)構(gòu),這種3D碳結(jié)構(gòu)當(dāng)作電池負(fù)極時(shí)對(duì)可促進(jìn)電解質(zhì)離子遷移,但難以在實(shí)驗(yàn)室中制造。


  根據(jù)其在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(JournaloftheAmericanChemicalSociety)研究,假如在鋰離子電池使用該材料,不僅可以提高電池充電速度,電容量也可以增加。而由于自然界的硅藻也存有復(fù)雜結(jié)構(gòu),研究員將該材料命名為「納米硅藻(nano-diatoms)」,并且認(rèn)為納米硅藻也可用于儲(chǔ)能與能源轉(zhuǎn)換,像是氫燃料的電催化劑。


  倫敦瑪麗王后大學(xué)工程與材料科學(xué)學(xué)院StoyanSmoukov博士說(shuō),只有將化合物加熱到攝氏800度時(shí)才會(huì)發(fā)生這種變態(tài)(metamorphosis),而團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)可以利用改變化學(xué)組成來(lái)控制碳化。


  多階層結(jié)構(gòu)的3D碳基納米結(jié)構(gòu)不僅擁有良好導(dǎo)電性等物理性質(zhì),也可以制成輕型結(jié)構(gòu)材料或是改善碳材料浸潤(rùn)性(wettability)促進(jìn)離子流動(dòng)。但制造3D碳基納米結(jié)構(gòu)非常難,何況還要以簡(jiǎn)單方式制成。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

  研究使用的超分子海綿為一種金屬有機(jī)框架材料(MOF),該多孔材料具有氣體儲(chǔ)存等應(yīng)用潛力。一般來(lái)說(shuō)MOF海綿碳化后表面積會(huì)增加,可成為電極材料生力軍,只是研究發(fā)現(xiàn)碳化的MOF僅會(huì)形成無(wú)規(guī)則碳衍生物。所幸最后團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在MOF海綿加鹽碳化后,可將無(wú)規(guī)則碳衍生物搖身一變成復(fù)雜且有秩序的多層碳基材料。


  劍橋大學(xué)能源研究所博士R.VasantKumar表示,這項(xiàng)研究將MOF應(yīng)用推向另一階段。該多層碳基材料制造方法未來(lái)不僅可用在儲(chǔ)能技術(shù),也可以用于能源轉(zhuǎn)換和化學(xué)感測(cè)。


  劍橋大學(xué)博士生王鐵勝指出,由于可用的MOF和金屬鹽種類非常多,研究擁有千上萬(wàn)種排列組合,或許未來(lái)團(tuán)隊(duì)也會(huì)透過(guò)另一種材料與結(jié)構(gòu)來(lái)制造納米硅藻。


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