北理工材料學(xué)院曹傳寶團(tuán)隊(duì)：《蠶絲——電池的“綠色”未來》
發(fā)布日期：2015-03-23 供稿：許興燕 攝影：許興燕
編輯：材料學(xué)院 趙汗青 閱讀次數(shù)：
3月11日，美國化學(xué)會以“Silk could be new ‘green’material for next-generation batteries”（蠶絲可以作為下一代電池中的新的“綠色”材料）為題發(fā)布新聞介紹曹傳寶教授團(tuán)隊(duì)最近發(fā)表在美國化學(xué)會ACS Nano雜志上的研究成果。
新聞報道中說：“從便攜電子設(shè)備到電動車，我們的身邊隨處可見鋰離子電池。但是讓我們失望的是，任何一種鋰離子電池的單次續(xù)航時間都不夠長。最近一篇發(fā)表在期刊《ACS Nano》的文章報導(dǎo)了一種新的“綠色”方法極大地提高電池的性能。
曹傳寶和他的同事注意到，在如今使用的商業(yè)化的儲能器中，包括鋰離子電池和超級電容器，碳是關(guān)鍵的部件。通常是石墨來擔(dān)當(dāng)這個角色，但是它的容量有限。為了提高電池的容量，廠商正在尋找能夠替代石墨的材料。曹的團(tuán)隊(duì)就是想用具有可持續(xù)性的原料，開發(fā)出這種滿足需求的電極材料。
研究人員已經(jīng)掌握了利用蠶絲來制備碳基納米片的方法，該方法制備工藝簡單且容易放大，且該碳基納米片或可用于能量存儲設(shè)備中。研究人員已經(jīng)成功地將該材料應(yīng)用于電池和超級電容器中，這種材料的容量比石墨多5倍—極大的提高儲能設(shè)備的容量。在經(jīng)過10000次的循環(huán)測試后，它的容量僅僅損失9%。”
論文Hierarchical Porous Nitrogen-Doped Carbon Nanosheets Derived from Silk for Ultrahigh-Capacity Battery Anodes and Supercapacitors在線發(fā)表于ACS Nano（http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn506394r）,該雜志影響因子12.
該論文中曹傳寶團(tuán)隊(duì)采用簡單的方法制備出分級多孔碳納米片，該納米片作為鋰離子電池的負(fù)極材料，容量高達(dá)1865 mAh/g（石墨為372mAh/g），特別是用它作為超級電容器的電極材料，能量密度可以達(dá)到102Wh/kg, 與鋰離子電池相當(dāng)，但充電時間為分鐘級。
在此之前，曹傳寶團(tuán)隊(duì)還采用來源更為廣泛的米糠作為原料制備多孔碳，該多孔碳制備的超級電容器能量密度最高也達(dá)到97 Wh/kg。論文發(fā)表于SCIENTIFIC REPORTS | 4 : 7260 | DOI: 10.1038/srep07260（http://www.nature.com/srep/2014/141201/srep07260/full/srep07260.html）。
該超級電容器將有可能應(yīng)用于電動車等作為動力電源，克服運(yùn)行里程短，充電時間長的發(fā)展瓶頸。
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