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日本东北大学和东京大学的一个联合研究小组首次开发了一种全固体锂离子电池负极材料,使用萘这种大环有机分子作为家用驱虫剂的原料。由这种新材料(CNAP)制成的负极的电容比石墨电极的电容高两倍,并且在65次放电后仍能保持其原始的大容量状态。
可充电锂离子电池已经成为我们生活中不可或缺的储能技术。手机、笔记本电脑、电动汽车等等都离不开锂离子电池。目前,在各种可充电电池中,锂离子电池可以提供最大的容量。由于巨大的市场需求,各国研究人员竞相开发锂离子电池的基础材料,负极材料尤其受到重视。
石墨因其重量轻、容量大而成为负极材料的首选。最近,以石墨烯和碳纳米管为代表的新型纳米碳材料的出现使负极碳材料的电容增加了2至3倍。然而,纳米碳是各种结构的混合物,科学家们尚未理解实现大容量的原理,这已经成为纳米碳负极发展的障碍。
由联合研究小组开发的CNAP,通过在分子的中心部分打开纳米大小的孔,使大的环状有机分子成为锂离子电池的大容量电极材料。目前,还没有使用大环有机分子作为锂离子电池负极的先例。研究小组还发现,制造大容量锂电池的秘密在于分子材料中加工的孔隙。基于这一发现,研究人员将最初用作驱虫剂的萘经过化学处理后转化为大容量电池材料。
研究结果是日本“要素战略”的一部分,并得到了高度评价。未来,研究小组将对各种碳材料的原子和分子进行精确设计,以开发更好的材料。研究结果发表在国际学术期刊《小》上。