http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-12-11
本报讯 据美国物理学家组织网11月29日报道，美国西北太平洋国家实验室(PNNL)的研究团队利用新途径，构建出了可用于锂空气电池的多孔分层石墨烯。这种基于气泡构建的石墨烯结构的形态与破损的蛋壳相似，可大大提高锂空气电池的储能容量，未来有望取代应用于电动汽车的传统光滑石墨烯片，解决普通石墨烯在使用中易被微粒阻塞的困扰。相关研究报告发布在近期出版的《纳米快报》杂志上。
科研人员表示，自我装配的多层石墨烯片不仅是锂空气电池的理想设计，也可以应用于许多其他潜在的能源存储领域。此外，新型石墨烯材料将不依赖于铂或其他贵金属，可有效降低成本和对环境的影响。
锂空气电池可支持远程电动汽车，虽然自身重量很轻，但其应用仍受限于实际的储能容量和较差的循环寿命。此次研究展示了如何实现电池容量的最大化。材料学家表示，这对于电动汽车和能量存储领域的应用十分关键。
研究团队先将黏合剂与石墨烯相结合，借助黏合剂使石墨烯分散于溶液之中，就像利用肥皂将油脂分解在水中一样；随后将石墨烯和黏合剂加入水中混合，在溶液中生成气泡，使石墨烯和黏合剂在气泡的周围成形、变硬。当气泡最后爆破时，石墨烯内已经形成了中空的球体，这种微小的黑色粒子直径仅为3微米至4微米，比人类的头发要细10多倍。
借助建模和显微镜，科学家分析了新型石墨烯的结构及性能。他们发现，每克多孔结构的石墨烯能多储存1.5万毫安小时的能量，远胜于使用其他材料的效能。
此次研究的主导者张继光(音译)博士表示：“我们正在研究多种可在这种技术中应用的催化剂，但不会选用贵金属，这将大幅降低生产成本并增加适用性。”
目前，电池只有在纯氧的环境下才能达到最高水平的储能容量，当在空气中进行操作时，储能容量会因空气中的水对于锂金属的影响而有所下降。研究团队正致力于研发一种薄膜，可以阻拦空气中的水，并允许必要的氧气流动。
张博士还表示，目前基于新型石墨烯材料的锂空气电池还不能完全重复充电，其正在研制一种新型的电解液和催化剂，从而实现电池的多次充电，为需要高能量密度的电池应用提供后备支持。(张巍巍)
[科技日报]