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比3D石墨烯还厉害,钠嵌入电极可提高电池转换效率

密歇根理工大学研究显示,在碳纳米墙中嵌入钠,使导电率比3D石墨烯高出两个数量级,能够大幅改善电池、超级电容与太阳能电池中的电极。

研究人员发现一种在碳纳米墙中嵌入钠的合成方法,可用于打造提高太阳能电池转换效率的钠嵌入电极。rAbesmc

由密歇根理工大学材料科学与工程系教授Yun Hang Hu领的研究团队打造出一种在碳纳米墙中嵌入钠的合成方法,让以往仅限于理论层次的途径化为现实。rAbesmc

无固定形态的碳具有低导电且表面积大的特性;另一方面,石墨虽然导电性高但表面积小。3D石墨烯则兼具这两种特性的优点,而密歇根理工大学研究人员最新发现的这种钠嵌入碳还更具优势。rAbesmc

“钠嵌入碳的导电率比3D石墨烯更高两个数量级,”Hu说。“具有所有通道和孔隙的纳米墙结构也具有与石墨烯相当的较大表面积。”rAbesmc

这和金属掺杂的碳是不一样的,因为这种方式的金属仅存存在碳表面上,而且相当易于氧化;但在实际的碳结构中嵌入金属则有助于保护它。为了制造这种材料,研究人员们必须创造出新的制程。他们在钠金属和一氧化碳之间导入一种温度控制反应,打造出可撷取钠原子的黑色碳粉末。密歇根理工大学的研究人员并与德州大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)合作,展示在碳结构中嵌入钠,以取代其附着于碳表面的方式。接着,研究人员并以多种能源组件测试这种材料。rAbesmc

在染料敏化太阳能电池领域,每1/1,000的数量就使组件更具效率与商用可行性。在此研究中,这些铂基太阳能电池达到了7.89%的电源转换效率,相当于一般的标准。相形之下,如果太阳能电池采用研究人员开发的钠嵌入碳材料,则能达到11.03%的效率。rAbesmc

每百分之十的数量使得器件更有效和更具商业可行性。在研究中,铂基太阳能电池达到7.89%的功率转换效率,这被认为是标准的。相比之下,使用胡氏钠嵌入碳的太阳能电池的效率为11.03%。rAbesmc

相较于充电电池,超级电容能够更快地接受和传递电荷,是汽车、火车、电梯以及其他重型设备(一般使用71F/g电荷密度的活性碳)的理想选择。3D石墨烯具有更强大的112F/g电荷密度,而钠嵌入碳的电荷密度更高达145F/g。在经过5,000次充放电周期后,这种材仍能维持96.4%的容量,显示具有更好的电极稳定度。rAbesmc

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Nick Flaherty
EETimes Europe嵌入式技术编辑,自由撰稿人。Nick Flaherty是位于布里斯托尔的自由技术作家、分析师和顾问,他关注半导体和电子市场已有近25年。 他是EETimes Europe的嵌入式编辑,并为世界各地的各种技术贸易出版物撰稿。 他曾工作于Electronics Times和 Electronic Engineering,并在MicroTechnology Europe以及Electronic Product Design担任编辑。他为汽车电子行业和许多跨国半导体公司撰稿。 他还是SouthWest Microelectronics Leadership Group的成员,并积极参与英国西南部的硅芯片和相关技术集群。
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