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據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)11月29日報道，美國西北太平洋國家實(shí)驗室(PNNL)的研究團隊利用新途徑，構建出了可用于鋰空氣電池的多孔分層石墨烯。這種基于氣泡構建的石墨烯結構的形態(tài)與破損的蛋殼相似，可大大提高鋰空氣電池的儲能容量，未來(lái)有望取代應用于電動(dòng)汽車(chē)的傳統光滑石墨烯片，解決普通石墨烯在使用中易被微粒阻塞的困擾。相關(guān)研究報告發(fā)布在近期出版的《納米快報》雜志上。
科研人員表示，自我裝配的多層石墨烯片不僅是鋰空氣電池的理想設計，也可以應用于許多其他潛在的能源存儲領(lǐng)域。此外，新型石墨烯材料將不依賴(lài)于鉑或其他貴金屬，可有效降低成本和對環(huán)境的影響。
鋰空氣電池可支持遠程電動(dòng)汽車(chē)，雖然自身重量很輕，但其應用仍受限于實(shí)際的儲能容量和較差的循環(huán)壽命。此次研究展示了如何實(shí)現電池容量的最大化。材料學(xué)家表示，這對于電動(dòng)汽車(chē)和能量存儲領(lǐng)域的應用十分關(guān)鍵。
研究團隊先將黏合劑與石墨烯相結合，借助黏合劑使石墨烯分散于溶液之中，就像利用肥皂將油脂分解在水中一樣；隨后將石墨烯和黏合劑加入水中混合，在溶液中生成氣泡，使石墨烯和黏合劑在氣泡的周?chē)尚�、變硬。當氣泡最后爆破時(shí)，石墨烯內已經(jīng)形成了中空的球體，這種微小的黑色粒子直徑僅為3微米至4微米，比人類(lèi)的頭發(fā)要細10多倍。
借助建模和顯微鏡，科學(xué)家分析了新型石墨烯的結構及性能。他們發(fā)現，每克多孔結構的石墨烯能多儲存1.5萬(wàn)毫安小時(shí)的能量，遠勝于使用其他材料的效能。
此次研究的主導者張繼光(音譯)博士表示：“我們正在研究多種可在這種技術(shù)中應用的催化劑，但不會(huì )選用貴金屬，這將大幅降低生產(chǎn)成本并增加適用性�！�
目前，電池只有在純氧的環(huán)境下才能達到最高水平的儲能容量，當在空氣中進(jìn)行操作時(shí)，儲能容量會(huì )因空氣中的水對于鋰金屬的影響而有所下降。研究團隊正致力于研發(fā)一種薄膜，可以阻攔空氣中的水，并允許必要的氧氣流動(dòng)。
張博士還表示，目前基于新型石墨烯材料的鋰空氣電池還不能完全重復充電，其正在研制一種新型的電解液和催化劑，從而實(shí)現電池的多次充電，為需要高能量密度的電池應用提供后備支持。
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