中國(guó)粉體網(wǎng)訊 信息化時(shí)代什么最重要,？方便,、快捷,。便攜式電子設(shè)備如何變得更輕更薄,，當(dāng)下勢(shì)頭正旺的新能源汽車如何在有限的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航？答案是讓二次電池變得更小,。納米技術(shù)可以使電池“更輕”,、“更快”，但由于納米材料較低的密度,，“更小”成為此研究領(lǐng)域的一個(gè)難以突破的問(wèn)題,。國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者,、天津大學(xué)化工學(xué)院楊全紅教授研究團(tuán)隊(duì)提出“硫模板法”，通過(guò)對(duì)高體積能量密度鋰離子電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì),，最終完成石墨烯對(duì)活性顆粒包裹的“量體裁衣”,，使鋰離子電池變得“更小”成為可能。該成果1月26日在線發(fā)表在《Nature Communications》（2018, 9, 402）上,。
納米材料由于其本身具有一些特殊的物理化學(xué)性質(zhì),，但是這些性質(zhì)可能與實(shí)際應(yīng)用不匹配，所以研究人員一直致力于對(duì)其組成,、結(jié)構(gòu),、形貌、尺寸,、取向等方面進(jìn)行控制,，以使得制備出的材料具備各種預(yù)期的或特殊的物理化學(xué)性質(zhì),。模板法是近年來(lái)備受矚目的一種制備納米材料的方法,。該方法基于模板的空間限域作用實(shí)現(xiàn)對(duì)合成納米材料的大小、形貌,、結(jié)構(gòu)等的控制,。
由于模板法合成納米材料相比于其他方法有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)：
（1）模板法合成納米材料具有相當(dāng)?shù)撵`活性。
（2）實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單,，操作條件溫和,。
（3）能夠精確控制納米材料的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu),。
（4）能夠防止納米材料團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，從而引起了廣泛的關(guān)注,。
石墨作為鋰離子電池的電極材料,，有比容低，衰減較快等缺點(diǎn),，錫,、硅等非碳材料可以大幅提高鋰離子電池的質(zhì)量能量密度（Wh kg-1）和循環(huán)性能。但其巨大的體積膨脹嚴(yán)重限制了其體積性能優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮,。碳納米材料構(gòu)建的碳籠結(jié)構(gòu)可以有效解決非碳負(fù)極材料嵌鋰時(shí)巨大體積膨脹問(wèn)題,，但在解決體積膨脹問(wèn)題的同時(shí)又會(huì)引入過(guò)多預(yù)留空間，導(dǎo)致電極材料的密度大幅降低,，限制了鋰離子電池負(fù)極體積性能的發(fā)揮,。
硫模板法精確設(shè)計(jì)石墨烯碳籠結(jié)構(gòu)
楊全紅教授研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)、國(guó)家納米中心和日本國(guó)立材料研究所的合作者在最新的研究中有效地解決了這一問(wèn)題,�,；谑┙缑娼M裝,，發(fā)明了對(duì)致密多孔碳籠精確定制的硫模板技術(shù)。他們將非晶形硫和SnO2納米顆粒包埋在還原的氧化石墨烯水凝膠中,，然后采用毛細(xì)蒸發(fā)技術(shù)來(lái)消除空隙,，形成緊密的石墨烯網(wǎng)絡(luò)。除硫后,，仍留有緩沖空間,，生成一種可使SnO2完全膨脹的材料。通過(guò)簡(jiǎn)單地控制硫的量來(lái)確定可用的緩沖空間,，實(shí)現(xiàn)對(duì)非碳活性顆粒大小“合身”的包覆,。這種方式適用于任何其他非碳陽(yáng)極材料，并且在以碳籠結(jié)構(gòu)作為電化學(xué)反應(yīng)框架的能量存儲(chǔ)裝置中,，是低體積能量密度的理想補(bǔ)救,，而不是僅限于鋰離子電池。
