石墨烯皱折有助于提升电池电极性能

2016-03-30 09:28:00
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        多孔的碳可在现代电池化学组成中制造出最高效的电极,但是,美国布朗大学(Brown University)的研究人员表示,业界为此吃了一番苦头后终于学到了经验教训。他们认为应该从石墨烯氧化物(碳、氧与氢的组合)着手,然后仅需反复搓揉石墨烯使其产生皱纹与皱折,可让原本平坦的石墨烯薄片提高400%的性能,从而打造出电流密度更高的高效电池。

        将石墨烯放在收缩片上使其产生皱纹与皱折,可望增强石墨烯的特性

        Source:Brown University

        “多代石墨烯氧化物架构可以透过特定的机械变形顺序加以编程,”布朗大学教授Robert Hurt与Ian Wong,以及博士后研究人员Po-Yen Chen及其他5位研究人员,共同在最新一期的《先进材料》(Advanced Materials)期刊中发表这项研究成果。

        据研究人员介绍,“每一种新的变形导致由现有较小图型的特性组合逐渐放大,显示其具有‘结构性’记忆。研究结果表明,这些多级的架构是超疏水的,能够像电化学电极一样展现卓越的功能。”

        “在抓皱石墨烯氧化物后,可使其具有高度的伸缩性、灵活性且不会断裂,”Wong表示,“同时还能保持良好的导电性。这样的功能可用于能感测并响应外来刺激的多功能可穿戴设备, 例如化学侦测等。”

        经由“编程”与“记忆”,布朗大学的研究人员认为,皱纹与皱折可加以控制,在制造环境重复进行。事实上,研究人员们已经建立一个可重复步骤的参考目录了,能够显示如何经由编程一连串的皱纹与皱折步骤,为每一种想要的结果实现“记忆”。

        为了精确地控制皱纹与皱折,布朗大学的研究人员在Shrinky Dinks收缩膜上沈积石墨烯——Shrinky Dinks是一种能经加热收缩所预期量的聚合物。接着在将这种聚合物溶解掉后,即可留下满是皱纹与皱褶的石墨烯。重复这一过程,直到以编程配方达到理想的 结果为止,研究人员得以重复达到相同的结果,从而为制造商开启了制造更优质电极的全新途径。

        在研究人员们还尝试不同的配置, 例如在揉皱与褶皱以前,试着夹紧一侧或薄膜另一端,探索如何以水平或垂直的不同方向控制这一过程,以便在出现皱褶以前产生平行绉纹等。利用他们所谓的“多 代”途径,研究人员们建立了一些配方目录,可使电极收缩到较原有尺寸更紧密40倍的大小。

        研发人员们已经发表了“结构的分类学”(taxonomy of structures)目录。下一步,研究人员们计划将这项技术尝试用于各种不同的材料上。

        以不同顺序收缩的各种模式产生不同类型的结构

        Source:Brown University

        其他共同进行这项研究的人员还包括Jaskiranjeet Sodhi、Yang Qiu、Thomas Valentin、Ruben Spitz Steinberg以及Zhongying Wang等人。

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updated: 2020-11-24 08:58:51