石墨烯-钒“带”提高了电池性能

莱斯大学材料实验室的科学家Pulickel Ajayan确定这种材料是一种优越的电池阴极，可以提供高能量密度和显著的功率密度。这项研究发表在本月的《美国化学学会杂志》网络版上纳米快报．

莱斯大学制造的这种带状材料据称具有远远超过现有材料的潜力，因为它们具有快速充放电的能力。在莱斯大学进行测试的半电池中内置的阴极在20秒内完全充放电，并在1000多次循环后保持了90%以上的初始容量。

阿贾扬在一份声明中说:“这是电池研究的方向，不仅是高能量密度，而且是高功率密度。”“它介于电池和超级电容器之间。”

这种带状材料还具有使用相对丰富和便宜的材料的优点。他说:“这是通过一个非常简单的热液过程完成的，我认为它很容易大规模推广。”

Ajayan说，氧化钒长期以来一直被认为是一种具有巨大潜力的材料，五氧化二钒因其结构和高容量而被用于锂离子电池。但是氧化物的充放电速度很慢，因为它们的导电性很低。他说，高导电性的石墨烯晶格可以作为电子的快速通道和离子的通道，从而解决了这个问题。

与晶体结合在一起的原子厚度的石墨烯片只占很小的体积。在莱斯大学制作的最佳样品中，阴极重量的84%是锂吸声的VO2，每克VO2能保持204毫安小时的能量。由莱斯大学研究生龚永吉(Yongji Gong)和主要作者杨树斌(Shubin Yang)领导的研究人员表示，他们认为这是锂离子电池电极有史以来最好的整体性能之一。

Yang说:“生产的一个挑战是控制VO2带与石墨烯共合成的条件。”该工艺包括将氧化石墨烯纳米片与粉状五氧化二钒(层状氧化钒，有两个钒原子和五个氧原子)悬浮在水中，并在高压釜中加热。杨说，五氧化二钒完全还原为VO2, VO2结晶成带状，而氧化石墨烯则还原为石墨烯。这种带状材料有一层网状的石墨烯涂层，厚度约为10纳米，宽度可达600纳米，长度为数十微米。

杨说:“这些丝带是三维建筑的基石。”“这种独特的结构有利于锂离子和电子在充电和放电过程中的超快扩散。这是实现优异电化学性能的关键。”

在测试新材料时，杨和龚发现，即使在其他阴极通常会衰减的高温(167华氏度)下，即使在低充放电速率下，其锂存储能力在200次循环后仍保持稳定。