電池調味可增性能!施鹽加工意外打造 3D 碳基結構

發佈日期: 2018 年 05 月 16 日 9:33 | 作者: | 分類: 產業資訊

一點點鹽就可以增加電池性能?聽起來像是個天方夜譚,但這是倫敦瑪麗王后大學、劍橋大學與馬克斯普朗克固體物理和材料研究所共同研究成果,只要在超分子海綿加入鹽並加以碳化,就可以打造 3D 多層碳結構,可用於電池電極並提升電容。

科學家研究發現把鹽放入超分子海綿,並置於高溫烘烤環境,就能成功把海綿變成碳基結構。其中鹽會以特殊方式與金屬海綿發生反應,將海綿從均質物質變成具有纖維、支架和網狀物的複雜結構,這種 3D 碳結構當作電池負極時對可促進電解質離子遷移,但難以在實驗室中製造。

根據其在《美國化學會志(Journal of the American Chemical Society)》研究,假如在鋰離子電池使用該材料,不僅可以提高電池充電速度,電容量也可以增加。而由於自然界的矽藻也存有複雜結構,研究員將該材料命名為「奈米矽藻(nano-diatoms)」,並且認為奈米矽藻也可用於儲能與能源轉換,像是氫燃料的電催化劑。

倫敦瑪麗王后大學工程與材料科學學院 Stoyan Smoukov 博士說,只有將化合物加熱到攝氏 800 度時才會發生這種變態(metamorphosis),而團隊也發現可以利用改變化學組成來控制碳化。

多階層結構的 3D 碳基奈米結構不僅擁有良好導電性等物理性質,也可以製成輕型結構材料或是改善碳材料浸潤性(wettability)促進離子流動。但製造 3D 碳基奈米結構非常難,何況還要以簡單方式製成。

研究使用的超分子海綿為一種金屬有機框架材料(MOF),該多孔材料具有氣體儲存等應用潛力。一般來說 MOF 海綿碳化後表面積會增加,可成為電極材料生力軍,只是研究發現碳化的 MOF 僅會形成無規則碳衍生物。所幸最後團隊發現在 MOF 海綿加鹽碳化後,可將無規則碳衍生物搖身一變成複雜且有秩序的多層碳基材料。

劍橋大學能源研究所博士 R. Vasant Kumar 表示,這項研究將 MOF 應用推向另一階段。該多層碳基材料製造方法未來不僅可用在儲能技術,也可以用於能源轉換和化學感測。

劍橋大學博士生王鐵勝指出,由於可用的 MOF 和金屬鹽種類非常多,研究擁有千上萬種排列組合,或許未來團隊也會透過另一種材料與結構來製造奈米矽藻。(文/DaisyChuang)

(首圖來源:Pixabay

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