日本团队用这种材料兼顾锂空气电池容量和寿命
日本东北大学材料科学高等研究所教授西原洋知等人组成的联合研究团队提出了一个新方案，使用新材料“石墨烯中孔海绵体（Graphene Meso Sponge，GMS）”作为兼顾大容量和循环寿命的锂（Li）空气电池的碳正极。该方案于2023年11月14日发表。这一成果堪称向严重劣化被视为课题的锂空气电池的实用化迈出了重要一步。
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石墨烯中孔海绵体支持膜的制备方案和结构模式图，出自日本东北大学 （参考注释：Al₂O₃—氧化铝，Sheet-膜，Nanoparticle-纳米粒子，Macropore-大孔， CMS-碳分子筛，Edge site-边缘位点，CVD-化学汽相淀积工艺，HF-氟化氢，H.T.-热处理，Mesopore-中孔） |
锂空气电池一般使用碳材料作为正极，使用锂金属作为负极，使用空气中的氧气作为正极的活性物质。其工作原理是，放电时锂离子向正极移动，充电时锂金属向负极析出。与传统的锂离子充电电池相比，单位质量下能够储存的能量（能量密度）更高，有望应用于追求重量轻的无人机、IoT（物联网）设备、家用蓄电装置等。
研究团队把目光投向了构成碳材料的基本结构——石墨烯。团队提出了一种正极材料方案，为了获得大容量，确保了充裕的孔隙体积，同时，为了减轻电池重量，排除了石墨烯的堆叠结构，还排除了会导致电极劣化的石墨烯边缘（edge）结构。
具体来说，正极材料采用了由没有堆叠的石墨烯构成的多孔性碳——石墨烯中孔海绵体支持膜（GMS-sheet）。GMS具有孔隙体积和“比表面积”（注：单位质量物料所具有的总面积）大、导电性和耐腐蚀性好等特点。由此可兼顾大容量和循环寿命，“以碳正极来说，实现了现阶段能够想到的最佳结构”（东北大学团队）。
但是，由于负极和电解液劣化的影响，据悉按照目前实际应用中所需的电流密度和容量来看，只能充放电约21次。要实现实用化，今后必须改进负极和电解液。
河野舜 日经XTECH/日经制造
资料来源 日经XTECH
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/news/18/16330/
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