锂离子存储的未来：揭开双层石墨烯的神秘面纱

来自 实验室仪器网

曼彻斯特大学的一个研究小组在理解仅由两层碳原子组成的最薄电池阳极内锂离子存储方面取得了重大突破。他们的研究结果发表在《自然通讯》上，揭示了一种意想不到的“平面分级”机制，这种机制发生在锂插入双层石墨烯时。这一发现可能会推动储能技术的进步。

离子嵌入是锂离子电池储存能量的过程，锂离子电池为电动汽车、电脑和智能手机等设备供电。充电过程中，锂离子在石墨层之间移动，石墨是电池阳极的常见材料。可以添加和移除的锂离子越多，电池储存和释放能量的能力就越大。

尽管这一过程得到了广泛认可，但其细节仍不清楚。曼彻斯特研究团队专注于双层石墨烯，这是可用作电池阳极的最薄材料，仅由两个碳原子层组成。他们的研究为离子插入的复杂性提供了新的见解。

在实验中，研究人员用双层石墨烯代替了传统的石墨阳极，并观察了锂离子在嵌入过程中的行为。令人惊讶的是，他们发现锂离子并不是随机地或一次性地嵌入两层之间。相反，这个过程发生在四个不同的阶段，锂离子在每个阶段都有条不紊地排列，形成越来越密集的六边形锂离子晶格。

研究还表明，与传统石墨相比，双层石墨烯的锂存储容量较低，但它提供了有价值的新见解。容量降低是由于带正电的锂离子之间相互作用的屏蔽较弱，导致排斥力较大，阻止离子靠近。

虽然这表明块状石墨在存储容量方面可能优于双层石墨烯，但双层石墨烯独特插层机制的发现是一项重大进步。此外，这一发现提出了使用原子级薄金属来增强屏蔽效果的可能性，这可能会增加未来电池材料的存储容量。

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