傳統的鋰離子電池，例如廣泛用於智能手機和筆記本電腦的鋰離子電池，已達到性能極限。維也納大學化學系的材料化學家Freddy Kleitz和國際科學家開發出一種用於鋰離子電池的新型納米結構陽極材料，它可以延長電池的容量和循環壽命。基於介孔混合金屬氧化物與石墨烯的結合，該材料可以提供一種新方法，以便在諸如電動或混合動力車輛的大型設備中更好地使用電池。該研究現已作為當前發行的先進能源材料的封面故事發表。
高能量密度，延長的循環壽命和無記憶效應：鋰離子電池是用於移動設備的最廣泛的能量存儲設備以及電遷移的希望的承載者。研究人員正在尋找新型活性電極材料，以便將電池推向更高水平的高性能和耐用性，並使其更好地用於大型設備。 “納米結構鋰離子電池材料可以提供良好的解決方案，”維也納大學無機化學系功能材料系的Freddy Kleitz說道，他與Politecnico應用材料和電化學組的負責人Claudio Gerbaldi一起意大利迪托里諾是該研究的主要作者。
由兩位科學家及其團隊開發的基於混合金屬氧化物和石墨烯的2D / 3D納米複合材料嚴重提高了鋰離子電池的電化學性能。 “在我們的測試中，新的電極材料提供了顯著提高的比容量，具有前所未有的可逆循環穩定性，超過3,000次可逆充電和放電循環，即使在高達1,280毫安的非常高的電流狀態下，”部門負責人Freddy Kleitz說。今天的鋰離子電池在大約1,000次充電循環後會失去性能。
新配方
常規陽極通常存在碳材料，例如石墨。 “金屬氧化物比石墨具有更好的電池容量，但它們非常不穩定且導電性較差，”Kleitz解釋說。研究人員找到了一種方法，可以充分利用這兩種化合物的積極特徵。他們開發了一系列新型電極活性材料，基於混合金屬氧化物和高導電性和穩定性石墨烯，與大多數過渡金屬氧化物納米結構和復合材料相比，具有優異的特性。
作為第一步，基於新設計的烹飪程序，研究人員能夠以受控方式均勻混合銅和鎳，以實現混合金屬。基於納米鑄造 - 一種生產介孔材料的方法 - 它們產生結構化的納米多孔混合金屬氧化物顆粒，由於它們廣泛的孔網絡具有非常高的活性反應區域，用於與來自電池電解質的鋰離子交換。然後，科學家們採用噴霧乾燥程序將混合的金屬氧化物顆粒與薄石墨烯層緊密包裹在一起。
簡單高效的設計
從環境的觀點來看，鋰離子電池用於電動移動被認為是有問題的，例如由於其原料密集的生產。能夠存儲盡可能多的能量，盡可能長時間並且製造成本不太高的小型電池可以推進其在大型設備中的使用。 “與現有方法相比，我們針對新型高性能和長效陽極材料的創新工程策略簡單而有效。它是一種水基工藝，因此對環境友好，可隨時應用於工業級”，該研究作者總結道。
