蓋世汽車訊 據外媒報道，曼徹斯特大學（University of Manchester）的科學家團隊在了解最薄電池負極（僅由兩層碳原子組成）內的鋰離子存儲方面取得了重大突破。該研究團隊發表在期刊《自然通訊》（Nature Communications）上的研究表明，在雙層石墨烯的鋰插層過程中，出現了意想不到的“平面內分段（in-plane staging）”現象，這一發現可能為儲能技術的進步鋪平道路。

圖片來源：《Nature Communications》

鋰離子電池為從智能手機、筆記本電腦到電動汽車的各種設備供電，其能量儲存過程被稱為離子插層（ion intercalation）。這一過程包括在電池充電時，鋰離子嵌入石墨層（通常用于電池的負極材料）之間。嵌入并隨后提取的鋰離子越多，電池可儲存和釋放的能量就越多。雖然這一過程已被廣泛研究，但其微觀細節仍不明確。曼徹斯特研究團隊的發現通過關注雙層石墨烯（一種僅由兩層碳原子組成的最小的電池負極材料）為這些細節提供了新的線索。

在實驗中，研究人員用雙層石墨烯代替了典型的石墨負極，并觀察了鋰離子在插層過程中的反應。令人驚訝的是，研究人員發現鋰離子并不是一次性或隨機地在兩層石墨烯之間插層。相反，該過程分為四個不同的階段，鋰離子在每個階段都以有序的方式排列。每個階段都會形成逐漸密集的鋰離子六方晶格。

領導該研究團隊的Irina Grigorieva教授評論道：“‘平面內分段’的發現完全出乎意料。它揭示了鋰離子晶格和石墨烯晶格之間的合作程度要比我們以前設想的高得多。這種對原子級插層過程的理解為優化鋰離子電池以及探索增強儲能的新材料開辟了新途徑。”

該研究還表明，雙層石墨烯雖然提供了新的見解，但與傳統石墨相比，其鋰存儲容量較低。這是由于帶正電荷的鋰離子之間的相互作用屏蔽效果較差，導致斥力較強，從而使離子之間的距離較遠。雖然這表明雙層石墨烯的存儲容量可能不會高于塊狀石墨，但發現其獨特的插層過程是該領域向前邁出的關鍵一步。它還暗示了原子薄金屬的潛在用途，以增強屏蔽效果，并可能在未來提高存儲容量。

這項開創性的研究不僅加深了研究人員對鋰離子插層的理解，也為開發更高效、更可持續的儲能解決方案奠定了基礎。隨著對更好電池的需求不斷增長，這項研究成果將在下一代儲能技術的發展中發揮關鍵作用。

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