NIKKEI——日本經濟新聞中文版

      日本東北大學材料科學高等研究所教授西原洋知等人組成的聯合研究團隊提出了一個新方案，使用新材料“石墨烯中孔海綿體（Graphene Meso Sponge，GMS）”作為兼顧大容量和迴圈壽命的鋰（Li）空氣電池的碳正極。該方案于2023年11月14日發表。這一成果堪稱向嚴重劣化被視為課題的鋰空氣電池的實用化邁出了重要一步。

石墨烯中孔海綿體支援膜的製備方案和結構模式圖，出自日本東北大學 （參考註釋：Al₂O₃—氧化鋁，Sheet-膜，Nanoparticle-奈米粒子，Macropore-大孔， CMS-碳分子篩，Edge site-邊緣位點，CVD-化學汽相淀積工藝，HF-氟化氫，H.T.-熱處理，Mesopore-中孔）

       鋰空氣電池一般使用碳材料作為正極，使用鋰金屬作為負極，使用空氣中的氧氣作為正極的活性物質。其工作原理是，放電時鋰離子向正極移動，充電時鋰金屬向負極析出。與傳統的鋰離子可充式電池相比，單位品質下能夠儲存的能量（能量密度）更高，有望應用於追求重量輕的無人機、IoT（物聯網）設備、家用蓄電裝置等。

       研究團隊把目光投向了構成碳材料的基本結構——石墨烯。團隊提出了一種正極材料方案，為了獲得大容量，確保了充裕的孔隙體積，同時，為了減輕電池重量，排除了石墨烯的堆疊結構，還排除了會導致電極劣化的石墨烯邊緣（edge）結構。

       具體來説，正極材料採用了由沒有堆疊的石墨烯構成的多孔性碳——石墨烯中孔海綿體支援膜（GMS-sheet）。GMS具有孔隙體積和“比表面積”（注：單位品質物料所具有的總面積）大、導電性和耐腐蝕性好等特點。由此可兼顧大容量和迴圈壽命，“以碳正極來説，實現了現階段能夠想到的最佳結構”（東北大學團隊）。

       但是，由於負極和電解液劣化的影響，據悉按照目前實際應用中所需的電流密度和容量來看，只能充放電約21次。要實現實用化，今後必須改進負極和電解液。

       河野舜 日經XTECH/日經製造

資料來源 日經XTECH

https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/news/18/16330/

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