多孔石墨烯電極技術取得重要進展 鋰電池容量有望提升3至5倍

石墨烯 中國電池網資料圖

日常生活中許多產品離不開電池，但電池的充電速度和使用時間始終遭人詬病。美國華人科學家在最新一期美國《科學》雜志上報告說，他們研制出一種多孔石墨烯復合電極技術，朝著研制充電速度快且續航能力強的電池邁近重要一步。

美國加利福尼亞大學洛杉磯分校段鑲鋒教授對新華社記者說，充電快慢由功率密度決定，使用時間長短由能量密度決定，但對于現在大部分電池，提高功率密度與提高能量密度通常相互沖突。而以多孔石墨烯為三維框架結構、表面均勻生長納米顆粒五氧化二鈮的方式制成的復合電極，能同時實現充電快和使用時間長這兩個目標。

“對于一個需要充1小時電的手機電池，利用這個電極有可能把充電時間降到10分鐘內，而電池容量并沒有減少多少，”他舉例說，“此前我們可能聽說過類似快充，但一般伴隨的是能量密度（使用時間）的大幅降低。”

鋰離子電池是目前最主流的電池類型，但其能量密度等性能被認為已接近極限。過去10多年，學術界的很多研究集中在新的電極材料上，尤其是納米結構電極材料。這些材料在實驗中可輸出很高的能量或實現快充，但在商用器件中卻一直沒辦法達到理想性能。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來，由碳原子組成的二維晶體，具有優異的導電性能。這項研究使用三維多孔石墨烯結構，加上五氧化二鈮作為電極材料，較好地解決了相關技術難題，成功實現了較高電池容量和超快速充放電的組合。

段鑲鋒說：“利用類似原理，我們正在把三維多孔石墨烯與高容量納米材料，如納米硅、硫等復合，若成功實施有望在電池容量上實現3至5倍以上的改善，進一步增加手機待機時間或電動汽車的行駛距離。”

他說，雖然相關工作仍有很多細節需要完善，生產工藝也需進一步優化，但這“為實現高容量、高功率商用電池器件指出了一個切實可行的藍圖”。