可让电池活性越用越佳的多孔网状碳纳米材料

2018-10-03      1233 次浏览

电动汽车和移动设备有望在未来十年迎来更加激烈的增长,但就当前的电池技术而言,这将使我们的环境资源面临巨大的压力。为了努力发现更多的可持续的替代型电池材料,加州大学河滨分校的研究人员们已经打造出了一款结合大褐菇(portabellamushrooms)表皮技术的新型电池。此举不仅能够降低电池生产时的经济和环境成本,还可让电池容量随着时间的推移而增加。


这种电池由三个主要部分组成:一个负极端子(阴极)、一个正极端子(阳极)、以及将它们分开的固体或液体(电解质)。


合成石墨通常用于锂离子电池的阳极,但这种材料需要使用到诸如氢氟酸和硫酸纯化/制备的化学品,此法不仅成本高昂、还会产生对环境有害的废弃物。


加州大学河滨分校的科学家们热衷于探索大褐菇(portabellamushrooms)的潜力,希望它能够成为更加自然的石墨替代品。


首先,早期的研究表明,蘑菇是高度多孔的——这是一种理想的特性,因为微孔在提升了空间的同时、还能够同时存储和传递额外的能量,从而带来更高的性能。


其次,它们含有高量的钾盐——随着时间的推移,会有更多的孔隙被激活,因此有助于提升电解液活性物质的水平——当它被使用的时候,还可以显著提升电池容量和效果。


研究团队发现,从大褐菇顶帽上提取的表皮、再将它加热至500℃(932℉),就可以转换成一种自然衍生而来的类碳纳米带结构。


进一步将它加热至1100℃(2012华氏度),它又会变成相互连通的多孔网状碳纳米带结构。在电池设计上,这种能提供相对较大的表面积以储存能量的材料最合适不过了。


伯恩斯工程学院的Mihri和CengizOzkan教授。


研究人员称,结果表明,优化之后,蘑菇材料的碳阳极能够取代传统的石墨阳极。加州大学河滨分校研究生BrennanCampbell表示:


有了这样的电池材料,在激活了孔碳架构潜在活性之后,未来的手机电池或许能够越用越久、甚至超过10年的时间。


这项研究成果已经发表在了近日出版的《自然科学报告》(NatureScientificReports)上

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