瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的科學(xué)家們用摻雜鈉的石墨烯開發(fā)了一種新型結(jié)構(gòu)。他們認為這種新型結(jié)構(gòu)陽極有可能克服一些提高鈉離子電池存儲容量和使用壽命的基本問題。

近來，人們對典型鋰離子電池中存在的許多材料的擔憂已經(jīng)有了充分的記錄，電池供應(yīng)商、汽車制造商和其他參與者正在與世界各地的研究機構(gòu)合作，開發(fā)依靠更豐富材料的儲能解決方案。

在固定儲能領(lǐng)域，鈉離子技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用有限。由于鈉的含量比鋰要豐富得多，而且這種電池化學(xué)成分的起火風險也低得多，因此它有幾個優(yōu)點。但鈉的能量密度也比鋰低得多，目前鋰的能量密度有限，特別是在電動汽車和消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域，電池的物理尺寸是決定因素。

EPFL的科學(xué)家說，他們的最新研究可能為提高鈉離子電池的容量開辟新的途徑。“鋰正在成為一種關(guān)鍵材料，因為它被廣泛用于手機和汽車電池，而原則上，鈉可能是一種更便宜、更豐富的替代品，”費爾倫茨·西蒙說，他是EPFL 拉斯洛·福羅（Laszlo Forro）小組的訪問科學(xué)家。“這促使我們尋求一種新的電池結(jié)構(gòu):摻雜鈉的石墨烯。”

提高鈉離子電池容量的一個挑戰(zhàn)是，鈉顆粒不能很好地插入鋰離子電池通常使用的石墨電極。通過用石墨烯取代石墨(石墨烯和石墨烯都是碳的形式，石墨是晶體結(jié)構(gòu)，而石墨烯是單層原子)，他們能夠成功地將鈉涂在材料上。

該小組使用了一種依賴液態(tài)氨作為催化劑的化學(xué)過程來驅(qū)動反應(yīng)，并能夠生產(chǎn)出由幾層高鈉含量的石墨烯組成的材料。他們在《ACS納米》上發(fā)表了他們在輕堿原子摻雜石墨烯超長自旋壽命中的研究方法。

這種材料還在自旋電子學(xué)領(lǐng)域開辟了潛在的新途徑，而自旋電子學(xué)在晶體管和數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域的應(yīng)用非常重要。盡管這是一個非常早期的發(fā)現(xiàn)，與EPFL合作的科學(xué)家們對它的商業(yè)潛力充滿信心。該論文的第一作者西蒙說:“我們的材料可以在工業(yè)規(guī)模上合成，并且仍然保持其優(yōu)良的性能。”

但是，該小組承認，要使用此技術(shù)開發(fā)實際的設(shè)備，還有很多工作要做。他們總結(jié)道：“但是隨著電池需求的近乎指數(shù)級增長，這項研究為創(chuàng)新開辟了非常有希望的可能性。”