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  • 全固態鋰電池新型負極材料 “穿孔石墨烯分子”

    時間:2016-05-20 14:55:10   來源:日經技術在線   作者:IT辦公室 
        日本東北大學與東京大學組成的研究組于2016年5月14日宣布,開發出了全固態鋰電池的新型負極材料“穿孔石墨烯分子(CNAP)”。這種材料可實現達到通用的石墨電極2倍以上的電容量,在充放電65次之后仍然能夠維持原本的容量。 
       長期以來,鋰電池的負極材料一直使用重量輕、電容量大的石墨。最近,石墨烯、碳納米管等納米碳作為新型碳材料出現在市場上,使電池容量擴大到之前的2~3倍成為了可能。但納米碳是結構不唯一的復雜混合物,無法解明大容量化的原理和方針。因此,開發具有部分納米碳結構的分子性物質成為了關注的焦點。 
       此次開發的穿孔石墨烯分子是分子中央有納米級微孔的大環有機分子。以這種分子的固體物質作為電極制造電池并進行檢測的結果證實,這種分子是一種優秀的電極材料。此次研究的著眼點是開發備受期待的新一代電池,即全固態電池,沒有采用常規電池使用的液體電解質,而是采用固體電解質。使用鋰離子傳導性高而且穩定的絡合氫化物作為固體電解質,為這次的新發現創造了契機。

    使用新負極分子材料的全固態鋰電池及其截面電子

    顯微鏡圖
    穿孔石墨烯分子進入電子顯微鏡圖中灰白色的部分。發黑的部分是固體電解質 新負電極分子材料的運動模式圖



    借助鋰(黃色)在穿孔石墨烯分子的縫隙和微孔部分(藍色)的插入與脫離,進行放電和充電
    另外,此次研究還發現,使用粉末X射線衍射的方法,穿孔石墨烯分子的固體會形成與石墨相似的層狀結構,并且可以使中央分子的微孔排成一線,形成微細、貫通的微孔結構。在石墨中,鋰只在層疊起來的碳層的間隙中累積,而在穿孔石墨烯分子中,鋰在納米級的間隙和微孔兩個地方累積,因此可以擴大容量。穿孔石墨烯分子可以使用非常普遍、產量很大的有機化合物“萘”制造
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