中國粉體網(wǎng)訊 信息化時代什么最重要？方便、快捷。便攜式電子設(shè)備如何變得更輕更薄，當(dāng)下勢頭正旺的新能源汽車如何在有限的體積內(nèi)實現(xiàn)更長的續(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)域的一個難以突破的問題。國家杰出青年科學(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)隊提出“硫模板法”，通過對高體積能量密度鋰離子電池負(fù)極材料的設(shè)計，最終完成石墨烯對活性顆粒包裹的“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)可能與實際應(yīng)用不匹配，所以研究人員一直致力于對其組成、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現(xiàn)對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：
（1）模板法合成納米材料具有相當(dāng)?shù)撵`活性。
（2）實驗裝置簡單，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，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)極材料嵌鋰時巨大體積膨脹問題，但在解決體積膨脹問題的同時又會引入過多預(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)計石墨烯碳籠結(jié)構(gòu)
楊全紅教授研究團(tuán)隊聯(lián)合清華大學(xué)、國家納米中心和日本國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題�；谑┙缑娼M裝，發(fā)明了對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。通過簡單地控制硫的量來確定可用的緩沖空間，實現(xiàn)對非碳活性顆粒大小“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)框架的能量存儲裝置中，是低體積能量密度的理想補救，而不是僅限于鋰離子電池。
