石墨烯氧化物使电池更清洁、更便宜

新加坡研究机构A*STAR的研究人员发现，将有机材料和氧化石墨烯加入锂离子电池可以降低成本并使其更加环保。

新加坡最大的研究机构--科学、技术和研究机构（A*STAR）的研究人员发现，将有机材料加入锂离子电池可以降低成本并使其更加环保。该团队开发了一种有机电池正极，与以前的有机正极材料相比，它具有显著改善的电化学性能。至关重要的是，新材料也很坚固，在数千次电池充/放电循环中保持稳定。

锂离子电池中的正极是关键部件。此前他们研究了一种称为六氮杂萘（HATN）的缺电子刚性有机分子作为锂离子电池的有机正极材料。然而，其有希望的初始性能在使用过程中迅速下降，因为该分子开始溶解到电池的液体电解质中。

现在，A*STAR生物工程和纳米技术研究所的YugenZhang和他的同事们开发了一种新的正极材料，其中HATN与氧化石墨烯结合以防止有机物质溶解。

在氧化石墨烯中，单原子厚的碳原子片部分被氧原子层覆盖。“氧化石墨烯具有优异的电子传导性和表面氧官能团，可与HATN形成氢键相互作用。”Zhang解释说，这使得氧化石墨烯成为形成HATN-氧化石墨烯纳米复合材料的有希望的候选者。

纳米复合材料的性能超出预期。这些材料结合形成核-壳纳米棒，其中HATN涂有氧化石墨烯。“氧化石墨烯和HATN形成了非常好的复合结构，解决了HATN在电解液中的溶解问题，并使正极具有非常好的循环稳定性，”Zhang说。使用这种材料作为其正极的锂离子电池在2000次充电/放电循环后保持其容量的80％。

当他们将石墨烯氧化物与称为六氮杂萘三萘酸（HATNTA）的HATN衍生物结合时，该团队发现了更好的性能。在2,000次充电/放电循环后，由这种材料制成的电池保持其容量的86％。改善的性能可能是由于HATNTA分子上的极性羧酸基团，其将分子更强地附着到氧化石墨烯上。

Zhang说，该团队正在继续开发新材料以改善有机正极的性能。除了研究氧化石墨烯的替代品之外，该团队还致力于使用基于HATN的多孔聚合物作为有机正极材料，这可以增强电池充电和放电过程中的离子流动。