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打造3D多层碳结构,一点盐就可以提升电池性能

2018-05-22 13:43 来源:互联网 编辑:Janet

一点点盐就可以增加电池性能?听起来像是个天方夜谭,但这是伦敦玛丽王后大学、剑桥大学与马克斯普朗克固体物理和材料研究所共同研究成果,只要在超分子海绵加入盐并加以碳化,就可以打造 3D 多层碳结构,可用于电池电极并提升电容。

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科学家研究发现把盐放入超分子海绵,并置于高温烘烤环境,就可以把海绵变成碳基结构。其中盐会以特殊方式与金属海绵发生反应,将海绵从均质物质变成具有纤维、支架和网状物的复杂结构,这种 3D 碳结构当作电池负极时对可促进电解质离子迁移,但难以在实验室中制造。

根据其在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)研究,假如在锂离子电池使用该材料,不仅可以提高电池充电速度,电容量也可以增加。而由于自然界的硅藻也存有复杂结构,研究员将该材料命名为「纳米硅藻(nano-diatoms)」,并且认为纳米硅藻也可用于储能与能源转换,像是氢燃料的电催化剂。

伦敦玛丽王后大学工程与材料科学学院 Stoyan Smoukov 博士说,只有将化合物加热到摄氏 800 度时才会发生这种变态(metamorphosis),而团队也发现可以利用改变化学组成来控制碳化。

多阶层结构的 3D 碳基纳米结构不仅拥有良好导电性等物理性质,也可以制成轻型结构材料或是改善碳材料浸润性(wettability)促进离子流动。但制造 3D 碳基纳米结构非常难,何况还要以简单方式制成。

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(Source:伦敦玛丽王后大学)

研究使用的超分子海绵为一种金属有机框架材料(MOF),该多孔材料具有气体储存等应用潜力。一般来说 MOF 海绵碳化后表面积会增加,可成为电极材料生力军,只是研究发现碳化的 MOF 仅会形成无规则碳衍生物。所幸最后团队发现在 MOF 海绵加盐碳化后,可将无规则碳衍生物摇身一变成复杂且有秩序的多层碳基材料。

剑桥大学能源研究所博士 R. Vasant Kumar 表示,这项研究将 MOF 应用推向另一阶段。该多层碳基材料制造方法未来不仅可用在储能技术,也可以用于能源转换和化学感测。

剑桥大学博士生王铁胜指出,由于可用的 MOF 和金属盐种类非常多,研究拥有千上万种排列组合,或许未来团队也会透过另一种材料与结构来制造纳米硅藻。

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