近年來研究表明，納米電極材料有望提供相當(dāng)于現(xiàn)在商用鋰離子電池?cái)?shù)倍的能量或功率密度，但該材料此前只能在負(fù)載量極低的超薄研究型電極中達(dá)到其優(yōu)異性能，難以在需要較高負(fù)載量的商用器件中實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有潛力。美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒教授團(tuán)隊(duì)最近研制出一種三維多孔石墨烯復(fù)合電極材料，成功地解決了電極性能隨著負(fù)載量急劇下降的關(guān)鍵難題，使得制備高負(fù)載的高性能電極成為可能。相關(guān)研究成果美國(guó)時(shí)間11日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

段鑲鋒近日接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，雖然許多納米材料在一些研究型器件中展現(xiàn)了優(yōu)異的儲(chǔ)能性能，但在此類器件中，電極活性材料負(fù)載量經(jīng)常只有商業(yè)化器件中常用負(fù)載量的10%左右。由于極低的負(fù)載量，最終體現(xiàn)在整體器件中的容量或功率密度很難能較大幅度地超過現(xiàn)在的鋰離子電池。如果只是簡(jiǎn)單地增加電極厚度，隨著厚度的增加，電子輸運(yùn)電阻和離子擴(kuò)散電阻都會(huì)顯著增加，致使電極性能急劇下降。

該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的三維多孔石墨烯復(fù)合材料中，高度聯(lián)通的石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)異的電子傳輸特性，而其多層次孔結(jié)構(gòu)則大大促進(jìn)了離子的快速輸運(yùn)，從而使該材料在高負(fù)載電極中首次同時(shí)實(shí)現(xiàn)了較高的容量和極高的功率特性。“這標(biāo)志著高性能電極材料在朝商用儲(chǔ)能器件方向發(fā)展的道路上邁出了關(guān)鍵的一步。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員成會(huì)明評(píng)論說。

段鑲鋒表示，這一方案可以適用于其他高性能電極材料，為在商業(yè)級(jí)器件中實(shí)現(xiàn)此類高性能儲(chǔ)能材料的潛力提供了一個(gè)切實(shí)可行的途徑，有望極大提高相關(guān)儲(chǔ)能器件的容量和充放電速度。