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氢元素有助于提升锂离子电池的容量和导电性

导读: 劳伦斯利弗莫尔国家实验室最近的一项新研究,已经发现了氢元素能够极大地提升锂离子电池的容量和导电性。当然,这项研究也可以为更好的存储介质而铺平道路,包括氢元素本身。新进展主要围绕着将锂离子电池的石墨烯纳米泡沫阳极与氢结合起来。

  劳伦斯利弗莫尔国家实验室最近的一项新研究,已经发现了氢元素能够极大地提升锂离子电池的容量和导电性。当然,这项研究也可以为更好的存储介质而铺平道路,包括氢元素本身。新进展主要围绕着将锂离子电池的石墨烯纳米泡沫阳极与氢结合起来。石墨烯材料在工业化生产中已经得到了广泛的应用,其中就包括了锂离子电池等储能装置。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)博士后叶建超(音译 / Jianchao Ye)与改进后的锂离子电池

  最常见的还是3D石墨烯纳米泡沫材料,你可以在许多类型的电化学存储媒介中找到它,包括氢罐、超级电容、能量吸着剂、以及锂电池

  此外,它也被用于过滤、绝缘、以及海水淡化系统。科学家们相信,所有这些应用都会得益于这项新研究,并迎来不同程度的改善。

操作中的叶建超与在一旁观看的Morris Wang

  原子氢是在石墨烯生产过程中的残留物,但其在点存储应用中的角色则有些不太好理解。众所周知,氢吸附剂会影响石墨烯的结构。如果没有氢元素掺杂,它理论上就是一个不导电的绝缘体了。

  LLNL的目标是找到氢与石墨烯在生产过程中的关系到底如何,以及如何操纵和改进用于存储媒介的石墨烯质量。团队的实验涉及了在低温下处理石墨烯与氢,这会导致石墨烯被氢元素打开一个小破孔,使锂能够更轻易地穿透。

  在锂离子电池中,这一改进不仅可以提升其放电功率,也能够增强其吸收能力。此外,由于锂能够更轻易地约束到石墨烯材料边缘的地方,整体容量也会得到提升。

3D GNFs的电化学性能

  LLNL科学家Brandon Wood说到:

  我们发现了通过氢处理来大幅提升石墨烯纳米泡沫电极材料额定容量的方法,将实验结果与详细模拟结合之后,我们能够跟踪改进这种介于缺陷和游离氢之间的微妙相互作用。这会导致石墨烯化学和形态学的一些细微变化,并证实对性能有着巨大且惊人的影响。

  不过文章作者也指出,他们的实验并未回答一些关键问题,比如如何优化缺陷的密度、以及如何找到氢与石墨烯材料的最佳结合点,以便明确地让锂离子电池取得更高的能量密度。

  进一步的研究计划会继续这方面的工作,有关这项研究的文章已经出版在近期的《自然科学报告》(Nature Scientific Reports)期刊上。

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