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2014-08-01鋰電池中碳材料的模型
536 期
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7/14 美國萊斯大學的研究團隊，建立一套稱之為描述因子的參數，用來研究鋰電池陽極材料的特性，包含材料的量子電容（接收電荷的能力）與絕對費米能階等參數，決定有多少鋰離子可以鍵結在電極上。電極的結構、化學特性、外型上的微小改變，都可能對鋰離子與電極的鍵結造成影響，進而改變鋰電池的電容量、電壓與能量密度，研究人員分析這些特性之間的相關性，建立描述因子，使科學家精確得微調電極的特性。
微調電極特性的工作對於應用在電極上的各種2D材料（如石墨烯和奈米碳管等）十分的重要，這些新穎的材料提供了廣大的面積來讓離子與電極之間產生鍵結，但是如果這些材料之間的距離變得非常靠近，電極與電極之間的空隙變得緊密，量子電容將變成限制鋰離子與電極表面鍵結能力的關鍵因素。
因此，在進行石墨烯、奈米碳管或其他各種類碳材料的電極應用開發時，需要同時調控這些彼此相關的特性。研究人員所建立的這個描述因子是一個中間狀態的參數，被稱為「填充作業」，因為鋰離子的鍵結就像是在填充電極上未被佔滿的電子軌域，無法直接描述材料狀態，但卻可以用來預測材料的最終性能。
透過描述因子，研究人員發現有缺陷或是帶有弧度的石墨烯反而能夠讓夠多的鋰離子鍵結。這些資料，將能夠使鋰電池的研發人員能夠在不需要用電化學偵測或昂貴的電腦計算下，就能調整碳電極的設計。