用于高能量锂空气电池的新型三维纳米多孔石墨烯材料

新型锂空气电池具有十倍于传统锂离子电池的能量密度,可以完全代替汽油作为汽车的动力能源,因而引起了学术界和工业界的广泛关注、已成为电池领域研究热点。然而,现有的锂空气电池体系面临过电压高,能量转化效率低,循环寿命短等亟待解决的问题。开发高性能锂空气电池正极材料是解决这些问题的关键步骤之一。Energychenmingwei

上海交通大学陈明伟教授及其研究团队成功开发了一种新型三维纳米多孔石墨烯材料,该材料应用于锂空气电池可以有效提高电池的能量密度和循环稳定性。他们采用基于三维纳米多孔金属的化学气相沉积法制备了具有三维双连通多孔结构石墨烯材料。该材料具有导电率高,孔隙率大(> 99%),物质传输速率快,电化学稳定性高等特点。通过使用不同的石墨烯前驱体,还成功实现了化学掺杂,从而可以有效调控多孔石墨烯的化学性质。该材料被应用于锂空气电池的正极,电池的最大放电量高达14000 mAh/g,是一般锂离子电池正极材料的100倍左右。在1000 mAh/g的放电容量下,使用纳米多孔石墨烯为正极的锂空气电池可以有效循环300余次,是已报道的锂空气电池的最长循环寿命之一。关论文发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201501870)上。

由于不需要使用贵重金属作为电池反应的催化剂,这种化学掺杂的三维纳米多孔石墨烯电极可以有效降低锂空气电池的成本,有望用于商业化的锂空气动力电池。该三维纳米多孔石墨烯材料还可广泛应用于燃料电池,超级电容器,电化学制氢,光电转换和光热转换等领域。