生活中有沒有一瞬間,你覺得科技落后的要命?!
是的,當(dāng)我們拆開我們這個(gè)時(shí)代水平最高的消費(fèi)級(jí)便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)之一——iPad的時(shí)候,一種無力感席卷全身,中間那一大塊占據(jù)了整個(gè)機(jī)器絕大多數(shù)體積的黑色的東西是什么?是電池!
當(dāng)震動(dòng)馬達(dá)都可以做到如此精密的時(shí)候,是什么制約著電子產(chǎn)品朝著更加安全更加輕質(zhì)的發(fā)展?是電池!
Ipad的電池與震動(dòng)馬達(dá)的明顯對(duì)比
為了替代傳統(tǒng)鋰電池,研究者注重開發(fā)循環(huán)性優(yōu)異的新型鋰離子電池,發(fā)現(xiàn)當(dāng)減小粒子尺寸和電極為納米結(jié)構(gòu)時(shí),在鋰化和脫鋰過程中即使體積應(yīng)變大,電極仍可正常工作。也有研究者指出包覆類(核-殼)形貌電極材料在充放電循環(huán)過程中耗損程度低。但電極納米結(jié)構(gòu)材料出現(xiàn)新問題:低體積容量(低振實(shí)密度),高電阻特性,從而增加了制造成本,且因副反應(yīng)發(fā)生造成低庫侖效率。
針對(duì)以上問題,陽極復(fù)合材料能解決這些不足,以石墨烯為代表的基底復(fù)合型陽極材料,具有高導(dǎo)電性,高機(jī)械強(qiáng)度,與鋰活性成分連接能力強(qiáng),鋰離子傳輸快等優(yōu)點(diǎn),但缺點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:1、總電容電勢(shì)存在局限性。2、合成技術(shù)昂貴。3、首次循環(huán)損耗大,循環(huán)效率低。
近期,國外的Gurpreet Singh課題組從復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)角度出發(fā),合成了有序的、交叉性的、自立式大面積陽極復(fù)合材料,其成分為SiOC和還原氧化石墨烯(rGO)。這種陽極材料比報(bào)道的Si/C納米管具有更高的體積容量,氧化還原石墨烯片作為SiOC顆粒的基底材料,兩者結(jié)合表現(xiàn)出高電子傳輸通道、高循環(huán)性、高電流密度、結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。另外彌補(bǔ)了其他類型鋰電池的缺陷,首次循環(huán)充電容量高(702 mA h g-1),穩(wěn)定的充電比容量大(543 mA h g-1),充電電流密度高(2400 mA g-1),更值得關(guān)注的是,這種復(fù)合陽極材料具有優(yōu)異的應(yīng)變失效特性(超過2%),這比單純的類紙狀還原氧化石墨烯失效特性大。
硅和石墨烯具有較高的理論承載力是很好的鋰電池負(fù)極材料,但其能量密度低、效率低、穩(wěn)定性差等問題限制了其實(shí)際應(yīng)用。在這里我們報(bào)告一個(gè)由碳氧化硅玻璃顆粒嵌入到化學(xué)改性的石墨烯矩陣中組成的自立式陽極材料。簡化的多孔氧化石墨烯矩陣被用作高效的電子傳輸體,是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的集電器,它和非晶碳氧化硅共同使用能使鋰電池?fù)碛懈叩膸靷愋?。?020次循環(huán)中,紙電極的能量密度達(dá)到588mAhg-1,而沒有出現(xiàn)機(jī)械故障的跡象。