據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的研究人員將世界上最薄的材料石墨烯制成一張紙，然后用激光或照相機(jī)閃光燈的閃光震擊，將其弄成千瘡百孔狀，致使該片材內(nèi)部結(jié)構(gòu)間隔擴(kuò)大，以允許更多的電解質(zhì)“潤(rùn)濕”及鋰離子電池中的鋰離子獲得高速率通道的性能。這種石墨烯陽(yáng)極材料比如今鋰離子電池中慣用的石墨陽(yáng)極充電或放電速度快10倍，未來(lái)可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)。

可充電的鋰離子電池作為行業(yè)規(guī)格產(chǎn)品，用于手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦、電動(dòng)車(chē)等一系列設(shè)備中。鋰離子電池具有高能量密度，可以存儲(chǔ)大量的能量，但遭遇低功率密度時(shí)則無(wú)法迅速接收或釋放能量。為了解決這個(gè)問(wèn)題，該學(xué)院納米材料專家尼基帶領(lǐng)研究小組創(chuàng)建了一種新型電池，不僅可以容納大量能量，還能很快地接收和釋放能量。

研究人員說(shuō)，鋰離子電池技術(shù)的主要障礙在于，有限的功率密度和無(wú)法快速接收或釋放大量的能量，而這種在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有“缺陷”的石墨烯紙電池可以幫助克服這些障礙。該成果一旦商業(yè)化，將對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和便攜式電子產(chǎn)品中新電池和電氣系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)顯著影響。這種電池也可以大大縮短手機(jī)和筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備和響應(yīng)器充電所需要的時(shí)間。

新型電池的解決方案是，先創(chuàng)建一大張石墨烯氧化物紙，其厚度與一張日常打印紙相當(dāng)，并可制作成任何尺寸或形狀，然后將石墨烯紙暴露在激光下和數(shù)碼相機(jī)閃光燈的閃光下。激光或閃光的熱量穿透紙面造成微小爆炸，石墨烯氧化物中的氧原子被驅(qū)逐出結(jié)構(gòu)，石墨烯紙變得滿目瘡痍：無(wú)數(shù)裂縫、孔隙、空洞等瑕疵，逸出的氧氣形成的壓力也促使石墨烯紙擴(kuò)大了5倍的厚度，由此，在單個(gè)石墨烯片中創(chuàng)建了很大的空隙。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種被損壞的單層石墨烯紙可成為鋰離子電池的陽(yáng)極，鋰離子使用這些裂縫和孔隙作為捷徑，在石墨烯中快速移進(jìn)移出，極大提高了電池的整體功率密度。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該陽(yáng)極材料比傳統(tǒng)鋰離子電池中的陽(yáng)極充電或放電速度快10倍，而不會(huì)導(dǎo)致其能量密度的顯著損失，甚至在超過(guò)1000個(gè)充電/放電周期后仍能持續(xù)成功運(yùn)行。另外重要的是，石墨烯薄片的高導(dǎo)電性使得電子能夠在陽(yáng)極進(jìn)行高效傳輸。

研究人員說(shuō)，這些石墨烯紙陽(yáng)極很容易調(diào)整，可以制作成任意的大小和形狀，而且將其暴露于激光或照相機(jī)閃光燈的閃光下是一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)的復(fù)制過(guò)程。他們下一步將用高功率的陰極材料與石墨烯的陽(yáng)極材料配對(duì)，以構(gòu)建一個(gè)完整的電池。

這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在近期美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)《ACS納米》雜志上。