中国研究人员发现新铁碳纳米纤维 可实现高性能储能

随着全球转向碳中和，储能技术变得越来越重要，因此有必要在汽车和可再生能源领域进一步推进电动化。锂离子技术对于推动这种转变非常重要。据国外媒体报道，中国尤氏大学研究人员的一项新研究显示了一种提高电池和电容器存储性能的新方法，可以生产出用于锂离子存储设备的优秀材料。

图片来源:纳米研究杂志

中国尤氏大学新能源学院研究所韩虎表示:“在所有可用的候选设备中，使用锂存储化学的储能设备，如锂离子电池和锂离子电容器，可以在现阶段提供最佳性能。”

然而，锂离子技术由于其尺寸和效率的原因，无法在储能应用中推广。要提高电动汽车的市场竞争力，锂离子电池必须在重量和体积方面进行优化。因此，进一步提高存储容量可能是实现碳中和的关键，利用新材料研究锂离子电池和电容器的性能非常重要。

掺杂氮的碳材料是目前锂电池和电容器的主要选择，其中电子和离子转移是电化学储能的基本过程。然而，由于碳质材料是非极性的，分子中的电荷分布均匀，因此带电的锂离子(Li+)很难附着在材料上，尽管它们的不饱和结构提供了合适的键能。

因此，研究人员将碳纳米纤维与铁(Fe)结合起来，调整其表面化学性质，从而促进电子和离子转移。通过使用静电纺丝，研究人员生产了一系列含铁的碳纳米纤维样品。然后，他们使用各种电化学测试方法来评估样品的Li+储存性能。扫描和透射电子显微镜显示光滑纤维的3D互连网络没有铁颗粒团块，这表明它们分散良好。

结果表明，原子铁的加入改变了碳材料的电子结构，从而提高了电导率，降低了Li+的扩散阻力。研究人员解释说，电化学性能的提高主要是通过原子Fe的协同作用和Fe-N键的形成，使Li+能够附着更多的活性位点，因此储锂性能得到提高。新阳极可以支持5000个循环的高电流密度并提供连续功率，同时提供高能量和高功率密度。其交错的纤维结构还可以实现结构稳定性和提高导电性。

研究人员表示，碳纳米纤维的使用可以弥合基础研究和实际应用之间的差距。他们预计这种新材料将用于一系列储能设备。胡说:“静电纺碳纳米纤维垫具有很高的柔性，这表明它们也可能用于柔性和可穿戴的储能设备。”碳纳米纤维垫将被用作电极。此外，研究人员表示，他们还将探索使用钠、钾和锌等其他单原子金属来增加电化学能量的储存。

1随着全球转向碳中和，储能技术变得越来越重要，因此有必要在汽车和可再生能源领域进一步推进电气化。锂离子技术对于推动这种转变非常重要。据国外媒体报道，中国尤氏大学研究人员的一项新研究显示了一种提高电池和电容器存储性能的新方法，可以生产出用于锂离子存储设备的优秀材料。

图片来源:纳米研究杂志

中国尤氏大学新能源学院研究所韩虎表示:“在所有可用的候选设备中，使用锂存储化学的储能设备，如锂离子电池和锂离子电容器，可以在现阶段提供最佳性能。”

然而，锂离子技术由于其尺寸和效率的原因，无法在储能应用中推广。为提高电动汽车的市场竞争力，锂离子电池……ries必须在重量和体积方面进行优化。因此，进一步提高存储容量可能是实现碳中和的关键，利用新材料研究锂离子电池和电容器的性能非常重要。

掺杂氮的碳材料是目前锂电池和电容器的主要选择，其中电子和离子转移是电化学储能的基本过程。然而，由于碳质材料是非极性的，分子中的电荷分布均匀，因此带电的锂离子(Li+)很难附着在材料上，尽管它们的不饱和结构提供了合适的键能。

因此，研究人员将碳纳米纤维与铁(Fe)结合起来，调整其表面化学性质，从而促进电子和离子转移。通过使用静电纺丝，研究人员生产了一系列含铁的碳纳米纤维样品。然后，他们使用各种电化学测试方法来评估样品的Li+储存性能。扫描和透射电子显微镜显示光滑纤维的3D互连网络没有铁颗粒团块，这表明它们分散良好。

结果表明，原子铁的加入改变了碳材料的电子结构，从而提高了电导率，降低了Li+的扩散阻力。研究人员解释说，电化学性能的提高主要是通过原子Fe的协同作用和Fe-N键的形成，使Li+能够附着更多的活性位点，因此储锂性能得到提高。新阳极可以支持5000个循环的高电流密度并提供连续功率，同时提供高能量和高功率密度。其交错的纤维结构还可以实现结构稳定性和提高导电性。

研究人员表示，碳纳米纤维的使用可以弥合基础研究和实际应用之间的差距。他们预计这种新材料将用于一系列储能设备。胡说:“静电纺碳纳米纤维垫具有很高的柔性，这表明它们也可能用于柔性和可穿戴的储能设备。”碳纳米纤维垫将被用作电极。此外，研究人员表示，他们还将探索使用钠、钾和锌等其他单原子金属来增加电化学能量的储存。

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