倫敦皇后大學(xué)，劍橋大學(xué)和馬克斯普朗克固態(tài)研究所的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何使用一撮鹽來大幅度提高電池性能。

　　他們發(fā)現(xiàn)，將鹽加入超分子海綿內(nèi)部，然后在高溫下烘烤，將海綿變成了碳基結(jié)構(gòu)。

　　令人驚訝的是，鹽以特殊方式與海綿發(fā)生反應(yīng)，并將其從均質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂欣w維，支柱，支柱和網(wǎng)狀物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這種三維分層組織的碳結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室中已證明非常難以生長(zhǎng)，但對(duì)于向電池中的活性部位提供暢通的離子傳輸至關(guān)重要。

　　在JACS（JournaloftheAmericanChemicalSociety雜志）上發(fā)表的這項(xiàng)研究中，研究人員證明，在鋰離子電池中使用這些材料不僅可以使電池快速充電，而且可以達(dá)到最高容量之一。

　　由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，研究人員稱這些結(jié)構(gòu)為“納米硅藻”，并且認(rèn)為它們也可用于能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換，例如用作制氫的電催化劑。

　　主要作者和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人瑪麗女王工程與材料科學(xué)學(xué)院的StoyanSmoukov博士說：“這種變態(tài)只發(fā)生在我們將化合物加熱到800攝氏度時(shí)，與孵化出生的龍一樣出乎意料，而不是出爐的雞蛋在權(quán)力的游戲中，令人非常滿意的是，在最初的驚喜之后，我們也發(fā)現(xiàn)了如何用化學(xué)成分控制轉(zhuǎn)化。“

　　包括石墨烯和碳納米管在內(nèi)的碳是自然界中功能最多的材料族，由于其電導(dǎo)率和化學(xué)和熱穩(wěn)定性而用于催化和電子學(xué)。

　　具有多級(jí)分層結(jié)構(gòu)的3D碳基納米結(jié)構(gòu)不僅可以保留有用的物理性質(zhì)，如良好的電子傳導(dǎo)性，還可以具有獨(dú)特的性質(zhì)。這些3D碳基材料可以表現(xiàn)出改進(jìn)的潤(rùn)濕性（促進(jìn)離子滲透），每單位重量的高強(qiáng)度以及用于流體輸送的定向路徑。

　　然而，制造基于碳的多級(jí)分層結(jié)構(gòu)非常具有挑戰(zhàn)性，特別是通過簡(jiǎn)單的化學(xué)路線，但如果這種材料要大量制造用于工業(yè)，則這些結(jié)構(gòu)將是有用的。

　　研究中使用的超分子海綿也被稱為金屬有機(jī)骨架（MOF）材料。這些MOFs是有吸引力的，分子設(shè)計(jì)的多孔材料，具有許多有前景的應(yīng)用，如氣體儲(chǔ)存和分離。碳化后保持高表面積-或在高溫下烘烤-使它們成為電池的電極材料。但是，到目前為止，碳化MOFs已經(jīng)保留了初始顆粒的結(jié)構(gòu)，如密集碳泡沫的結(jié)構(gòu)。通過向這些MOF海綿添加鹽并將其碳化，研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列具有多層次等級(jí)的碳基材料。

　　來自劍橋大學(xué)的研究合作者R.VasantKumar博士評(píng)論說：“這項(xiàng)工作將MOF的使用推向一個(gè)新的高度，碳材料的結(jié)構(gòu)化戰(zhàn)略不僅在能源儲(chǔ)存方面，而且在能源方面都很重要轉(zhuǎn)換和傳感。“

　　來自劍橋大學(xué)的主要作者王鐵生說：“我們可以設(shè)計(jì)納米硅藻，并在碳中摻入所需的結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)，因?yàn)槲覀兛梢赃x擇數(shù)以千計(jì)的MOF和鹽。”