锂空气电池容量刷新纪录

这种多孔石墨烯结构外形很像破裂的蛋壳，它是围绕气泡制成，产生的锂-空气电池具有迄今最高的储能容量。来源：太平洋西北国家实验室

“这是个关键，可以进行一些应用，包括电动汽车和能源存储，”刘军博士说，他是这项研究的材料科学家，也是西北太平洋国家实验室转型材料科学项目主任，这一项目资助这项研究。

这个小组首先结合粘结剂与石墨烯，石墨烯是一种特殊形式的碳。在溶液中，粘结剂会分散石墨烯，就像肥皂会分散洗碗水中的油脂。这些石墨烯和粘结剂随后再加入水中，进行混合，采用的工艺会在溶液内形成气泡。石墨烯和粘结剂会在气泡周围成形并硬化。气泡最终会破裂，带有很多空心球的石墨烯就会留下来。这种微小的黑色颗粒直径只有3至4微米，比人的头发细十倍。

使用建模和显微镜，科学家们分析了石墨烯的结构和性能。他们进行密度泛函理论计算，使用的超级计算机系统属于国家能源研究科学计算中心（National Energy Research Scientific Computing Center）。他们使用电子显微镜研究了这些颗粒，这是在环境分子科学实验室（Environmental Molecular Sciences Laboratory）进行的。

研究人员发现，这种黑色多孔结构，每克石墨烯可存储15000毫安时以上，这使它具有更密集的储能容量，胜过其他材料。

“现在，许多催化剂都在进行研究，以用于这项技术。在我们的工艺中，我们的选择是不使用贵金属，”张基广博士说，他是西北太平洋国家实验室锂-空气电池研究组组长。“这将大大降低生产成本，提高采用率。”

在氧气环境中，这种电池实现了最高水平的储能容量。在周围环境空气中使用时，容量会下降，因为空气中的水分会影响锂电池中的金属。西北太平洋国家实验室的小组正在开发一种薄膜，可以堵塞水分，但仍然能让必要的氧气流动。

“我们也希望使这种电池可以充电，”张基广说。“眼下，它还不能。它不是完全可以充电，我们正在研制一种新的电解质和新的催化剂，这样，这种电池就可以多次充电，有望进行电池备份应用，因而需要很高的能量密度。”