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中国德富塑料网讯：纳米材料在科学家眼里是种很有潜力的材料，尤其是在电池行业，目前现有电池不能同时满足高能量密度和高功率密度两种条件，但纳米材料有这种可能，现在研究人员已经做出了初步的材料，这就是石墨烯--Nb2O5纳米复合材料[Sun et al., Science (2017) 356, 599].

石墨烯—Nb2O5纳米复合材料：研发高能高效电池第一步

纳米结构储能材料受到超薄电极和低质量负载的限制。但来自加利福尼亚大学，湖南大学，和沙特国王大学的研究人员，制备了三维多孔石墨烯网络，加入Nb2O5后表现得类似于纳米导电支架，克服了上述问题。相互连接的石墨烯结构提供了电子传输的框架，而可调节的孔隙允许离子的快速移动。

“通过系统设计石墨烯骨干中的孔隙度，复合结构优化后的电荷传输具有高容量和大电流密度的能力，” Duan说。“我们使电池的高性能电极材料获得了较大突破。”

多孔石墨烯框架在超级电容器中的应用已被报道，大面积是一个优势，但直到现在，厚电极的扩散限制被证明非常具有挑战性。在新材料中，质量载荷为10-20 mg/cm2时，互穿电子和离子输运路径的结合提供了较高的充放电速率。

Duan解释说：“在较厚的电极中，离子的质量输运极限和电子输运的电阻变得越来越关键。”这些影响导致在高质量负荷下，最先进的商用石墨、硅和碳/硅阳极以及碳/硫阴极中，容量保持率快速下降。

他补充说，在高功率密度下问题变得更糟糕。但由于石墨烯/ Nb2O5纳米复合材料能够更有效地提供电荷，促进电荷传输，即使是厚电极，高质量负荷下容量保持率和电流密度依旧可以保持较高的数值。

Yury Gogotsi，Drexel大学纳米材料研究所主任，认为这项工作非常出色。由新的纳米复合材料制成的电极，在实际有用的重量(11 mg/cm2)下仍然显示出高速和高区域容量。

他指出：“我们都希望在几分钟内，为我们的手机就和电动汽车充电。像这样的多孔石墨烯Nb2O5复合材料具有很高的电子和离子导电率，可以提供高速能量储存。”

但在新的复合材料可以商业化应用之前，制备工艺仍然需要优化，以便大规模生产，他说：“继续努力设计新的电极结构，可以进一步提高电荷传输速率，加速电池高级活性材料的开发。”

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