俄罗斯科学家研制新型复合材料 大幅提高锂离子电池容量和

 

        锂离子电池的物理基体是由多孔聚合物材料分隔开的两个电极，即阳极（正）和阴极（负）。充电时，电流把锂离子从阴极移动到阳极，而电池使用时，锂离子向相反方向移动。当电池电量耗尽时，电极之间锂离子的移动能力很低，这就是为什么智能手机买了几个月后，需要比原来更频繁地充电的原因。

 

       现在，使用石墨烯可以延长电池的寿命。石墨烯是一种独特的二维材料，因发现该材料在2010年授予了诺贝尔物理学奖，它的比表面积大、导电性和弹性好。石墨烯可广泛用于各个工业领域，包括储能设备。

 

       俄科学家研制的复合材料是由两种异质层（石墨烯和二硫化钒）组成的二维结构，这种薄片的厚度大约为1纳米。研究证实，不仅可以把锂离子限制在该材料的表面上，而且还可以约束在层间的空间里，最终结果导致材料的高比容量。 

 

       科学家估计，该复合材料的正极材料容量可达569mAh/g，比现在锂离子电池最常用于阳极的石墨要高出几乎一倍。理论计算表明，石墨烯和钒的化合物不仅保证电子转移的效果好，而且确保了材料的机械强化。

 

       除了容量之外，该复合材料关键的特点是锂离子在材料内部的迁移率高。这就可以快速给电池充电或者给大功率设备供电。此外，离子的高迁移率能够使电池在低温下正常工作。 

 

       在研究中科学家还发现另一个重要的特征，在材料充填锂离子后，也能够在复合材料里保持石墨烯独特的电子特性。科学家认为，这种效应为控制石墨烯基纳米材料的性能提供了新的可能。这项研究得到了俄联邦教育科学部和俄罗斯基础研究基金会的资助。