俄羅斯科學家發現提高鋰電池容量和快速充放電辦法

俄聯邦研究中心“俄科院西伯利亞分院克拉斯諾亞爾斯克科學中心”下屬的基連斯基物理所與西伯利亞聯邦大學和國家研究型技術大學“莫斯科鋼鐵合金學院”的科學家提出，使用石墨烯與單層二硫化釩薄膜的化合物作為鋰電池的陽極材料，將使電池的容量和充電-放電速度得到提高。該研究結果已發表在《TheJournalofPhysicalChemistry》雜志上。

今朝，鋰電池是許多設備（從手機到電動車）最普及的電源。與傳統電池相比，這些電池的比容量高、使用壽命長和安全性好。盡管有這些優點，新增電池的容量和提高充電速度仍是亟需處理的問題。

鋰電池的物理基體是由多孔聚合物材料分隔開的兩個電極，即陽極（正）和陰極（負）。充電時，電流把鋰離子從陰極移動到陽極，而電池使用時，鋰離子向相反方向移動。當電池電量耗盡時，電極之間鋰離子的移動能力很低，這就是為甚么智能手機買了幾個月后，要比原來更頻繁地充電的原由。

今朝，使用石墨烯可以延長電池的壽命。石墨烯是一種神奇的二維材料，因發現該材料在2010年授予了諾貝爾物理學獎，它的比表面積大、導電性和彈性好。石墨烯可廣泛用于各個工業范疇，包括儲能設備。

俄科學家研制的復合材料是由兩種異質層（石墨烯和二硫化釩）組成的二維結構，這種薄片的厚度約莫為1納米。研究證實，不僅可以把鋰離子限制在該材料的表面上，而且還可以約束在層間的空間里，最終結果導致材料的高比容量。

科學家估計，該復合材料的正極材料容量可達569mAh/g，比今朝鋰電池最常用于陽極的石墨要高出幾乎一倍。理論計算聲明，石墨烯和釩的化合物不僅保證電子轉移的效果好，而且確保了材料的機械強化。

除了容量之外，該復合材料關鍵的特點是鋰離子在材料內部的遷移率高。這就可以快速給電池充電或者給大功率設備供電。此外，離子的高遷移率能夠使電池在低溫下正常工作。

在研究中科學家還發現另一個緊要的特點，在材料充填鋰離子后，也能夠在復合材料里保持石墨烯神奇的電子特性。科學家認為，這種效應為控制石墨烯基納米材料的性能供應了新的可能。這項研究得到了俄聯邦教育科學部和俄羅斯基礎研究基金會的資助。

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