石墨烯碳纳米管大幅延长下一代锂离子电池寿命

    在迈向全新的锂离子电池设计道路上，利用石墨烯材料正成为一项新的选择。例如，SiNode Systems利用石墨烯材料打造出高容量、高性能锂离子电池的阳极部份。最近，美国莱斯大学(Rice University)的研究人员们也利用石墨烯进行实验，透过石墨烯纳米带(GNR)的形式来实现类似的效应。
   
       
    莱斯大学研究人员的团队──包括化学、工程与电脑科学教授James Tour，以及博士后研究Jian Lin──成功地经由GNR与氧化锡材料创造出经概念验证的电池阳极，可提供较一般电池阳极更高容量。一般锂离子电池阳极或电池中储存锂离子的部份主要是由氧化钖与石墨烯制造的。

   
    研究人员们表示，经过50次的充放电周期，研究团队制作的测试阳极仍保有较现有锂离子电池阳极中石墨烯更高两倍的容量。这大幅延长了电池的使用寿命，并为各种电子设备与电动汽车中采用同类型电池设计的多种商业应用而铺路。

   
    莱斯大学的研究团队们表示，他们早在2009年就开发出可透过“拉开”碳纳米管而制作出GNR的新技术，最近才找到如何大规模制造GNR而使锂离子电池更具效率的方法。Jian Lin表示：“高导电的GNR具有高深宽比，能够提高氧化钖纳米结构的锂离子储存能力。”

   
    James Tour进一步解释，Jian Lin所谓的这种“高深宽比”改善了电池活性材料的导电性能，从而提高电池电荷离子的流动。“透过电池活性材料的特性，石墨烯纳米带实现了高导电性──这是没法经由薄层石墨烯而实现的。由于采用了石墨烯纳米带，就不至于像薄层石墨烯一样在充放电期间混淆锂离子的流动进出。”

   
    相较于目前的锂离子电池，这种方法不仅延长电池寿命，还提高了电池储存容量或总输出功率，James Tour强调。

   
    事实上，针对必须不断充电而且会随着时间流逝而降解的锂离子电池，科学家们正积极寻找各种能延长电池寿命的方式。Jian Lin强调，在电池设计中加进新材料是一个重要的方法，这也是他们目前正在尝试的，“最近锂离子电池的研究开始蓬勃发展，寻找各种不同的材料正成为学术研究和产业的主要关注重点。”

   
    虽然采用GNR的电池生产成本低廉，但如果要成为下一代锂离子电池，还必须找到一种能够大规模生产以降低成本的方式。因此，莱斯大学研究团队持续透过改变金属氧化物纳米结构，以扩展对于GNR复合材料的各种研究，同时，这也将进一步提升了锂离子电池的阳极和阴极性能。

   
    至于这种电池何时能准备好商用化上市，目前还没有具体的时间表，但Jian Lin认为，针对新式锂离子电池设计进行长期的投资，总有一天将使社会大众受益。