勞倫斯˙利弗摩爾(LawrenceLivermore，LLNL)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研人員已經(jīng)確認(rèn)了石墨碳電極在結(jié)構(gòu)和鍵合方面受電荷誘導(dǎo)的變化。這一發(fā)現(xiàn)可能改變未來(lái)的儲(chǔ)能方式。

這項(xiàng)研究可能有助于提高電池和超級(jí)電容器等電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量和效率，來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的消費(fèi)者、工業(yè)生產(chǎn)和綠色技術(shù)的要求。

未來(lái)技術(shù)要求能源儲(chǔ)存系統(tǒng)有更大的儲(chǔ)存容量，更快的充放電周期和更長(zhǎng)的使用期。想在這些方面的進(jìn)展就要求對(duì)儲(chǔ)能過(guò)程從原子尺度到微米尺度有更全面的理解。由于這些復(fù)雜的過(guò)程會(huì)隨著系統(tǒng)充電和放電發(fā)生顯著變化，研究人員已經(jīng)越來(lái)越多地關(guān)注如何探測(cè)到儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)。盡管通過(guò)計(jì)算手段研究在過(guò)去數(shù)十年里取得了很大進(jìn)展，但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究特別對(duì)于在儲(chǔ)能材料中非常普遍的輕元素的研究仍然很具挑戰(zhàn)性。

最近由一個(gè)LLNL帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型X射線吸收光譜技術(shù)。該技術(shù)與模擬研究緊密結(jié)合來(lái)提供石墨超級(jí)電容器電極在充電電極-電解液界面的極化如何影響結(jié)構(gòu)和成鍵的關(guān)鍵信息。

石墨超級(jí)電容器是探究界面現(xiàn)象的理想模型體系，因?yàn)槭?jí)電容器化學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較高，經(jīng)過(guò)了廣泛的實(shí)驗(yàn)和理論表征，同時(shí)技術(shù)上很吸引人。團(tuán)隊(duì)采用了其最新研發(fā)的3D納米石墨(3D-NG)塊體電極材料作為石墨材料研究模型。

“我們最新開發(fā)的X射線吸收光譜技術(shù)使我們可以探測(cè)到在石墨超級(jí)電容器操作過(guò)程中電場(chǎng)引起的復(fù)雜的電子結(jié)構(gòu)的變化。分析這些變化可以得到在從放電過(guò)程中電極結(jié)構(gòu)和鍵合的演變。”LLBL科學(xué)家JonathanLee如是說(shuō)。他也是《先進(jìn)材料》3月4日期刊封面文章的通訊作者。“在我們解讀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，與獨(dú)特的建模分析的結(jié)合為研究帶電電極-電解液界面起到了至關(guān)重要的作用。”他補(bǔ)充道。

對(duì)于石墨稀超級(jí)電容器的電子結(jié)構(gòu)可以通過(guò)電荷誘導(dǎo)電極-電解液相互作用控制的這一發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑給更高效電化學(xué)儲(chǔ)能體系的開發(fā)打開了新的窗戶。此外，在研究過(guò)程中發(fā)展的實(shí)驗(yàn)和建模技術(shù)手段也可以立即應(yīng)用于其他儲(chǔ)能材料和技術(shù)的研究中。