科学家改造石墨烯增强钠电池性能

文章来源：中华人民共和国自然资源部

据Mining.com网站报道，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员提出用一种新型石墨烯作为更广泛的材料来生产高性能的钠电池电极。

在发表于科学进展（Science Advances）期刊的一篇论文中，科学家解释称，改造后的石墨烯不仅仅能够储存钠离子，也能够使钠电池性能与现在的锂离子电池相媲美。

研究团队在论文中称，与锂不同，钠很丰富且价廉，因为在海水中和厨房里都能见到。但即使钠随手可得使得钠离子电池可能成为一种有益的和可持续的选择从而减少对关键原材料的依赖，但在其容量仍存在挑战。

容量问题意味着钠离子电池无法与锂离子电池竞争。到目前为止石墨是一个瓶颈因素，这种矿物由石墨烯层堆叠而成，用作锂离子电池的阳极材料。离子嵌入到石墨中，意味着它们可以在石墨烯层中进入而用来储能。但是，钠离子比离子大，作用方式不同。因此，它们不能有效地储存在石墨结构中。

查尔莫斯对这个问题的解决方案是在石墨烯层的一侧增添分子间隔器。“当石墨烯层堆叠在一起，分子在石墨烯片之间创造了更大的空间，提供了反应点，能够使容量大幅增加”，本文第一作者孙金华在媒体发布会上表示。

孙金华解释说，一般情况下，钠离子在标准石墨中插层容量为35毫安/克（mAh/g）。这不到锂离子在石墨插层容量的1/10。不过，采用新型石墨烯，钠离子的容量能够达到332mAh/g，与离子在石墨中的容量相当。这位科学家称，结果还显示出完全可逆性和高循环稳定性。

“虽然研究仍处于早期阶段，但是该结果令人振奋”，论文共同作者亚历山大·马蒂奇（Aleksandar Matic）表示。“这表明研制适合钠离子的有序排列的石墨烯层是可行的”。

新型石墨烯在反侧具有非对称化学功能，因此通常被称为詹努斯石墨烯（Janus graphene），新开端之神——古罗马双面神雅努斯的名字命名。

因此，研究人员认为雅努斯石墨烯与罗马神话非常相似，因为它可能为高容量钠离子电池打开新的大门。

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