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新型電池負(fù)極材料石墨二炔 提升電池效率和穩(wěn)定性

時(shí)間:2020-07-06 08:59來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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       鋰離子電池通常采用石墨類碳材作為負(fù)極材料。據(jù)外媒報(bào)道,科學(xué)家們研究新型二維碳網(wǎng)狀物,即碳納米纖維膜石墨二炔,在電池應(yīng)用中的適用性。
 
       石墨二炔和石墨烯(石墨烯是單原子層石墨)一樣又平又薄,但是孔隙率更高,而且可以調(diào)整電子性能。據(jù)研究人員介紹,利用特制前體分子,采用簡單的自下而上的合成方法,可以制備這種材料。
 
       在鋰離子電池中,碳材料是最常見的負(fù)極材料。在電池循環(huán)過程中,受益于碳材料的層狀結(jié)構(gòu),鋰離子可以出入層間空間,而且這類材料具有高導(dǎo)電性二維六邊形晶格,可以形成穩(wěn)定的多孔網(wǎng)絡(luò),有效滲透電解液。然而,碳材料大多是通過自上而下的合成方法,利用聚合碳材料制備而成,因此,想要對(duì)結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行微調(diào)比較困難。
 
       石墨二炔(Graphdiyne)是一種混合二維網(wǎng)狀物,由兩個(gè)乙炔單元連接的六邊形碳環(huán)構(gòu)成。石墨二炔被認(rèn)為是一種可用于分離同位素或氦的納米纖維網(wǎng)狀膜,然而,由于獨(dú)特的電子性質(zhì)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),適合于電化學(xué)應(yīng)用。中國科學(xué)院的Changshui Huang及其同事,研究特定電子調(diào)節(jié)石墨二炔衍生物的鋰存儲(chǔ)能力和電化學(xué)性能。
 
       科學(xué)家們通過在銅箔上添加前體分子,以自下而上的方式合成了石墨二炔衍生物,其中,銅箔自組織形成有序的層狀納米結(jié)構(gòu)。利用具有有趣電子性質(zhì)的官能團(tuán)單體,所制備的功能性石墨二炔,具有獨(dú)特電化學(xué)和形態(tài)性質(zhì)。據(jù)介紹,在這些官能團(tuán)中,那些具有吸電子效應(yīng)的官能團(tuán),能夠減小石墨二炔的帶隙,并且提升電導(dǎo)率。氰基基團(tuán)尤其有效,在作為負(fù)極材料使用時(shí),通過氰基調(diào)整的石墨二炔表現(xiàn)出優(yōu)異的鋰存儲(chǔ)能力,并且可以在經(jīng)過數(shù)千次循環(huán)后保持穩(wěn)定的性能。
 
       相比之下,研究人員發(fā)現(xiàn),通過大量的甲基官能團(tuán)調(diào)整石墨二炔,官能團(tuán)可以為石墨二炔網(wǎng)狀物提供電子,使層間距變得更大,導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。在這種情況下,負(fù)極材料只能承受幾個(gè)充放電循環(huán)。研究人員還將這兩種改性石墨二炔材料與一種只有氫占據(jù)官能團(tuán)位置的“空”材料進(jìn)行了比較。
 
       研究人員表示,可以通過自下向上的方法,制備改性石墨二炔。這種策略也很適合用于構(gòu)建功能性二維碳材料結(jié)構(gòu),以用于電池、電容器和其他電催化裝置。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
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