維也納大學(xué)的研究者將鋰離子電池的性能提升到一個新的水平

傳統(tǒng)的鋰離子電池，如智能手機和筆記本電腦中廣泛使用的鋰離子電池，已經(jīng)達(dá)到了性能極限。維也納大學(xué)化學(xué)系的材料化學(xué)家Freddy Kleitz和其他科學(xué)家開發(fā)了一種新的鋰離子電池納米結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料，擴(kuò)大了電池容量并延長了循環(huán)壽命。維也納大學(xué)無機化學(xué)系的Freddy Kleitz表示，納米結(jié)構(gòu)鋰離子電池材料或許是一個很好的解決方案。他和意大利都靈波利特尼科的應(yīng)用材料和電化學(xué)小組負(fù)責(zé)人克勞迪奧·格爾巴迪(Claudio Gerbaldi)是這項研究的主要貢獻(xiàn)者。這兩位科學(xué)家及其團(tuán)隊開發(fā)的基于混合金屬氧化物和石墨烯的二維三維納米復(fù)合材料，大大提高了鋰離子電池的電化學(xué)性能。經(jīng)過測試，這種新電極材料的比容量大幅度提高，即使在高達(dá)1 280 mA電流密度下，充放電循環(huán)也超過3 000次。目前的鋰離子電池只需大約1 000次充電后就會失效。

傳統(tǒng)的負(fù)極通常由石墨等碳材料組成。Kleitz解釋說：“金屬氧化物比石墨具有更好的電池容量，但它們相當(dāng)不穩(wěn)定，而且屬于不良電導(dǎo)體。”研究人員找到了一種充分利用這兩種化合物優(yōu)點的方法。與大多數(shù)過渡金屬納米氧化物及其復(fù)合材料相比，他們開發(fā)的混合金屬氧化物與高導(dǎo)電性且穩(wěn)定的石墨烯形成的新型電極活性材料顯示出優(yōu)異性能。

加工流程的第一步是實現(xiàn)銅和鎳金屬的可控均勻混合。基于納米鑄造——一種生產(chǎn)介孔材料的方法，他們制備了納米多孔結(jié)構(gòu)的金屬氧化物顆粒。然后，采用噴霧干燥的方法，將混合金屬氧化物顆粒用薄的石墨烯層緊緊包裹起來。與現(xiàn)有方法相比，這種新的高性能、長壽命負(fù)極材料的創(chuàng)新加工方法簡單高效。它是一個以水為基礎(chǔ)的過程，環(huán)境友好，并準(zhǔn)備工業(yè)應(yīng)用。