5月9日，記者了解到，瑞典查默斯理工大學(xué)的研究人員最近公布了一項(xiàng)具有希望的突破性成果，他們利用石墨烯海綿的特殊結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了鋰硫電池的正極及電解質(zhì)性能。為了滿足未來電力的需求，新的電池技術(shù)將是必不可少的。其中一個(gè)有力候選者就是硫鋰電池，它的理論能量密度是鋰離子電池的5倍以上。
這項(xiàng)成果的關(guān)鍵在于石墨烯氣凝膠，它是一種由還原的氧化石墨烯制成，具備多孔、類似海綿結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員的設(shè)想是讓它在電池中充當(dāng)獨(dú)立電極，以便更全面、高效地利用硫。
據(jù)了解，石墨烯氣凝膠是一種高強(qiáng)度氧化氣凝膠，具有高彈性、強(qiáng)吸附的特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。據(jù)介紹，”碳海綿”具備高彈性，被壓縮80%后仍可恢復(fù)原狀。它對(duì)有機(jī)溶劑具有超快、超高的吸附力，是迄今已報(bào)道的吸油力最高的材料?，F(xiàn)有的吸油產(chǎn)品一般只能吸自身質(zhì)量10倍左右的液體，而”碳海綿”的吸收量是250倍左右，最高可達(dá)900倍，而且只吸油不吸水。”大胃王”吃有機(jī)物的速度極快:每克這樣的”碳海綿”每秒可以吸收68.8克有機(jī)物。這讓人想到用它來處理海上的漏油，”可以把它們?nèi)鲈诤Ｃ嫔?，就能把漏油迅速地吸收進(jìn)來，因?yàn)橛袕椥?，吸的油能夠被壓出來回收利用?#8217;碳海綿’也可以重新使用。”科研人員表示。
之前2011年的記錄是每立方厘米0.9毫克，后來在同一年被0.18毫克每立方厘米的數(shù)據(jù)刷新……現(xiàn)在這一紀(jì)錄被浙江大學(xué)的Gao Chao教授(查了一下國(guó)內(nèi)相關(guān)新聞，教授名字叫高超，吐槽名字你就輸了)所制備的碳?xì)饽z打破，其密度僅為0.16毫克每立方厘米。
不同于一般制備氣凝膠的溶膠凝膠法，他們用冷凍干燥法將納米碳纖維和石墨烯的混合溶液干燥，得到這種由碳構(gòu)成的海綿狀材料。
這種材料具有極高的彈性，被壓縮后可以彈回原狀，同時(shí)還具備極高極快的吸附能力，每一克氣凝膠可以以68.8克每秒的速度吸收儲(chǔ)存至多高達(dá)900克的油。顯然，這玩意是用來吸附回收海洋中石油污染的最佳神器。
當(dāng)然，科學(xué)家們還在努力研究這玩意的其他用途，比如電能儲(chǔ)存、隔熱、用作催化劑的載體之類的
目前，實(shí)驗(yàn)室正在對(duì)這一材料的吸附性能進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用性研究?？蒲腥藛T說，”碳海綿”還可能成為理想的相變儲(chǔ)能保溫材料、催化載體、吸音材料以及高效復(fù)合材料。不過，這一新生材料就如呱呱墜地的嬰兒，科學(xué)家還很難準(zhǔn)確預(yù)計(jì)其應(yīng)用領(lǐng)域與前景，還得依靠社會(huì)以及產(chǎn)業(yè)界的想象力，讓這個(gè)新材料走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值。
傳統(tǒng)的電池由四個(gè)部分組成。首先，有兩個(gè)覆蓋有活性物質(zhì)的支撐電極，即正極和負(fù)極。在它們之間存在著電解質(zhì)，通常呈液態(tài)，允許離子來回轉(zhuǎn)移。第四個(gè)組件是隔膜，它作為一個(gè)物理屏障，防止兩個(gè)電極之間的接觸，同時(shí)仍然允許離子的轉(zhuǎn)移。
研究人員在此之前曾嘗試讓正極和電解質(zhì)一體化，結(jié)合成一種液體，即所謂的“catholyte”*。這一概念有助于減輕電池的重量，并能提供更快的充電速度和更好的供電能力。現(xiàn)在，隨著石墨烯氣凝膠的發(fā)展，這一概念被證明是可行的，并提供了一些非常有前景的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
“石墨烯氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵。它吸收了大量的電解質(zhì)，使得那個(gè)區(qū)域內(nèi)有足夠高的“硫”密度，使“catholyte”的概念可以成立。這種半液態(tài)的“catholyte”能夠允許硫在沒有任何損失的情況下來回循環(huán)，也不會(huì)因?yàn)槿芙舛鴣G失——因?yàn)樗旧砭鸵呀?jīng)溶解在其中了，”CarmenCavallo說。
為了充分發(fā)揮電解質(zhì)的作用，研究人員還在隔膜中也加入了部分電解質(zhì)溶液，最大限度地提高了電池的硫含量。
