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添加氢元素是否可以延长锂离子电池寿命?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - អ្នកផ្គត់ផ្គង់ស្ថានីយ៍ថាមពលចល័ត

美国劳伦斯利福摩尔国家实验室(LLNL)的研究人员发现,只要在锂离子电池的电极中添加氢元素,就能大幅提高电池容量,从而延长运行时间,加速传输操作。 锂离子电池属于可充电电池类型,放电时锂离子从电池内部移动至正极,充电时正极的锂离子又移动回负极。 锂离子电池属于可充电电池类型,放电时锂离子从电池内部移动至正极,充电时正极的锂离子又移动回负极。

锂离子电池有几个关键特性,电压,和能量密度,这些特性的表现最终是由锂离子和电极材料的结合决定的。 在电极结构中,化学和形状的细微变化可能会显著影响锂离子如何与其强键结合。 利弗莫尔国家实验室的研究人员通过实验和计算发现,在锂离子电池中,经过氢处理的石墨烯泡沫电极表现出更高的容量和更快的传输能力。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室材料科学家莫里斯旺表示:“这些发现提供了高质量的分析,有助于设计基于石墨烯材料的高功率电极。” 他也是这篇发表在自然科学报告(NatureScientificReports Journal)上的论文的作者之一。 伽玛材料在包括锂离子电池和超级电容器在内的储能元件的商业化应用,严重影响了以较低成本生产这种材料的能力。

常用的化学合成方法最终会留下大量的氢原子,这对石墨烯电化学性能的影响造成难以确定的因素。 利弗莫尔实验室的研究人员在实验中发现,氢元素刻意提高富晶粒石墨烯的基体温度处理,竟然能够提高倍率容量。 氢元素的缺陷与石墨烯中的缺陷相结合后,打开了更小的孔隙,可以促使锂离子更容易穿透,从而提高传输速率。

通过附着在新边缘的锂离子(最有可能附着在氢元素上)可以提供更多的可循环容量。 利弗莫尔实验室材料科学博士后研究员、该研究论文的重要作者说:“电极性能的提升是一个重要的突破,可以开启更多的现实世界的应用。” 为了利用氢化作用和氢化缺陷对石墨烯锂离子存储性能的影响,研究人员应用不同的热处理条件来改变结合氢元素的暴露,重点研究了其3D石墨烯纳米泡沫(GNF)的电化学性能。

由有缺陷的石墨烯组成。 研究人员之所以选择3D石墨纳米泡沫,是因为它具有多种潜在应用,包括储氢、催化、过滤、绝缘、能量吸收、电容脱盐、超级电容器和锂离子电池等。 石墨烯3D泡沫无胶粘剂的特性由于添加剂较为复杂,因此可以作为机理研究的理想选择。

“我们发现,经过氢元素的处理,石墨烯泡沫电极有了明显的进步。 结合本次实验,我们将追踪缺陷与氢溶液之间的微妙相互作用和进展。 针对石墨烯化学和形貌的一些微小变化,有可能在性能上带来令人惊讶的显著效果这一结果,“LLNL 的研究人员也同样对这一研究有自己的看法”,这项研究的另一位作者 Brandonwood 也说道。

根据这项研究,这种可控的氢元素处理也可以用于其他石墨烯基负极材料,实现优化的锂离子传输和可回收存储应用。

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