蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，曼徹斯特大學(xué)（University of Manchester）的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在了解最薄電池負(fù)極（僅由兩層碳原子組成）內(nèi)的鋰離子存儲(chǔ)方面取得了重大突破。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在期刊《自然通訊》（Nature Communications）上的研究表明，在雙層石墨烯的鋰插層過(guò)程中，出現(xiàn)了意想不到的“平面內(nèi)分段（in-plane staging）”現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)可能為儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步鋪平道路。

圖片來(lái)源：《Nature Communications》

鋰離子電池為從智能手機(jī)、筆記本電腦到電動(dòng)汽車的各種設(shè)備供電，其能量?jī)?chǔ)存過(guò)程被稱為離子插層（ion intercalation）。這一過(guò)程包括在電池充電時(shí)，鋰離子嵌入石墨層（通常用于電池的負(fù)極材料）之間。嵌入并隨后提取的鋰離子越多，電池可儲(chǔ)存和釋放的能量就越多。雖然這一過(guò)程已被廣泛研究，但其微觀細(xì)節(jié)仍不明確。曼徹斯特研究團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)通過(guò)關(guān)注雙層石墨烯（一種僅由兩層碳原子組成的最小的電池負(fù)極材料）為這些細(xì)節(jié)提供了新的線索。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員用雙層石墨烯代替了典型的石墨負(fù)極，并觀察了鋰離子在插層過(guò)程中的反應(yīng)。令人驚訝的是，研究人員發(fā)現(xiàn)鋰離子并不是一次性或隨機(jī)地在兩層石墨烯之間插層。相反，該過(guò)程分為四個(gè)不同的階段，鋰離子在每個(gè)階段都以有序的方式排列。每個(gè)階段都會(huì)形成逐漸密集的鋰離子六方晶格。

領(lǐng)導(dǎo)該研究團(tuán)隊(duì)的Irina Grigorieva教授評(píng)論道：“‘平面內(nèi)分段’的發(fā)現(xiàn)完全出乎意料。它揭示了鋰離子晶格和石墨烯晶格之間的合作程度要比我們以前設(shè)想的高得多。這種對(duì)原子級(jí)插層過(guò)程的理解為優(yōu)化鋰離子電池以及探索增強(qiáng)儲(chǔ)能的新材料開辟了新途徑?！?/p>

該研究還表明，雙層石墨烯雖然提供了新的見解，但與傳統(tǒng)石墨相比，其鋰存儲(chǔ)容量較低。這是由于帶正電荷的鋰離子之間的相互作用屏蔽效果較差，導(dǎo)致斥力較強(qiáng)，從而使離子之間的距離較遠(yuǎn)。雖然這表明雙層石墨烯的存儲(chǔ)容量可能不會(huì)高于塊狀石墨，但發(fā)現(xiàn)其獨(dú)特的插層過(guò)程是該領(lǐng)域向前邁出的關(guān)鍵一步。它還暗示了原子薄金屬的潛在用途，以增強(qiáng)屏蔽效果，并可能在未來(lái)提高存儲(chǔ)容量。

這項(xiàng)開創(chuàng)性的研究不僅加深了研究人員對(duì)鋰離子插層的理解，也為開發(fā)更高效、更可持續(xù)的儲(chǔ)能解決方案奠定了基礎(chǔ)。隨著對(duì)更好電池的需求不斷增長(zhǎng)，這項(xiàng)研究成果將在下一代儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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