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(kāi)發(fā)了一種新型結(jié)構(gòu)。他們認(rèn)為這種新型結(jié)構(gòu)陽(yáng)極有可能克服一些提高鈉離子電池存儲(chǔ)容量和使用壽命的基本問(wèn)題。

近來(lái)，人們對(duì)典型鋰離子電池中存在的許多材料的擔(dān)憂(yōu)已經(jīng)有了充分的記錄，電池供應(yīng)商、汽車(chē)制造商和其他參與者正在與世界各地的研究機(jī)構(gòu)合作，開(kāi)發(fā)依靠更豐富材料的儲(chǔ)能解決方案。

在固定儲(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)也低得多，因此它有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)汽車(chē)和消費(fèi)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(shuō)，他們的最新研究可能為提高鈉離子電池的容量開(kāi)辟新的途徑。“鋰正在成為一種關(guān)鍵材料，因?yàn)樗粡V泛用于手機(jī)和汽車(chē)電池，而原則上，鈉可能是一種更便宜、更豐富的替代品，”費(fèi)爾倫茨·西蒙說(shuō)，他是EPFL 拉斯洛·福羅（Laszlo Forro）小組的訪(fǎng)問(wèn)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(gè)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(guò)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(lài)液態(tài)氨作為催化劑的化學(xué)過(guò)程來(lái)驅(qū)動(dòng)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?cè)凇禔CS納米》上發(fā)表了他們?cè)谳p堿原子摻雜石墨烯超長(zhǎng)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(kāi)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(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用非常重要。盡管這是一個(gè)非常早期的發(fā)現(xiàn)，與EPFL合作的科學(xué)家們對(duì)它的商業(yè)潛力充滿(mǎn)信心。該論文的第一作者西蒙說(shuō):“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(rèn)，要使用此技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)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(jí)增長(zhǎng)，這項(xiàng)研究為創(chuàng)新開(kāi)辟了非常有希望的可能性。”