碳材新知快訊

    2019.02.21

    同軸中空奈米線的碳矽複合材料於鋰電池之應用

    賴建志與蒲盈志 博士 (國立臺南大學 材料科學系)


    鋰電池為目前於儲能應用上重要的技術之一,此技術除了必須達到高能量密度之外,擁有高循環穩定性才能使鋰電池在人類生活需求上達到普及化。而鋰電池在充放電時,矽陽極會有很大的體積變化,造成電極和電解液的界面(Solid-electrolyte interface, SEI)中的鋰離子濃度不均勻,充電時鋰就不會均勻的在電極形成,而會形成樹枝狀的結構,降低鋰電池的循環穩定性。北京清華大學有機光電子與分子工程重點實驗室(MOE Key Laboratory of Organic Optoelectronics & Molecular Engineering)的邱新平教授之研究團隊近期發表了利用同軸中空碳矽奈米管的結構可以抑制SEI中鋰的不均勻成長,使效率及穩定性大幅上升。其初原始電容量1900 mAh g-1,在經過500次的循環充放電後,電容量還有維持1150 mAh g-1及99%的庫倫效率。同軸中空碳矽奈米管的複合結構材料是使用基板犧牲法(Template scarification method),利用水解法將二氧化矽均勻包覆在奈米碳管上,再用化學汽相沉積法將矽沉積在二氧化矽上,最後用氫氟酸將二氧化矽移除,形成中空的結構。在充電時,外層的矽會和鋰形成複合物後,以外層直徑不變的方式往內擴張;反之,放電時,則以外層直徑不變的方式往外收縮,克服了以往充放電時體積變化很大的問題,有效的抑制鋰的不均勻成長。此研究提供了除了將電極包覆保護層隔絕電解液的方法外,同軸中空奈米管結構也可以有效的延緩鋰的不均勻成長而提升鋰電池達到高循環穩定性。[本文摘錄翻譯自ACS Nano, 2019, asap, DOI: 10.1021/acsnano.8b08962]


    詳細文章請參閱:

    https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08962

    2019.01.12

    不會讓您穿著不適的「石墨烯感測織物」

    黃政樺與陳盈潔 博士 (國立清華大學 材料科學工程學系)


    穿戴式裝置(Wearable devices)近年來備受愛戴與關注,其可以應變感測器(Strain sensor)偵測人體動作與生理訊號。製造應變感測器的廠商會將感測元件(Sensing element)塑封在高分子材料中,製成含有應變感測器的合成材料,以織成智能感測衣物。然而,含有感測器的智能感測衣物不僅穿著時常令人感到不適,在製程上也相對困難。近日,北京清華大學(Tsing Hua University)的研究團隊將聚酯纖維(Polyester Fabrics)浸泡在氧化石墨烯(Graphene oxide, GO),並以高溫還原氧化石墨烯,使聚酯纖維外覆蓋一層石墨烯,成為具有感測能力的石墨烯-聚酯纖維。這種纖維不需要高分子材料進行塑封,可直接織於衣物中進行感測,並有效降低穿著者的不適感。當石墨烯-聚酯纖維受力而伸縮時,石墨烯-聚酯纖維的電阻值會變化,藉此可偵測人體的細部動作,如手肘屈伸、臉部表情、說話咬字等。此外,研究團隊也用清水與洗滌劑清洗此纖維,發現沖洗前後性能不變;進行無數次的拉伸測試後,也依舊保有良好的性能,顯示此纖維有很高的穩定性與耐久力。在未來,可以將此纖維織在衣物上,或是置放在穿戴式裝置上,可用來偵測人體動作,得到更貼近實際的數據結果。[本文摘錄翻譯自ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b03391]


    詳細文章請參閱:

    https://doi.org/10.1021/acsnano.8b03391

    2018.12.16

    以生物模板成長具豬籠草樣的氮摻雜石墨烯分離膜於高穩定性鋰硫電池之應用

    陳鈺麟與蒲盈志 博士 (國立臺南大學 材料科學系)


    鋰硫(Li-S)電池是具有高度潛力的儲能技術,但目前之發展瓶頸是在此系統中,電解質裡的多硫化物(Polysulfides)的穿梭效應,會降低鋰硫電池之循環壽命。蘇州大學能源與材料創新研究院(Soochow Institute for Energy and Materials Innovations, SIEMIS)的Jingyu Sun與Zhongfan Liu教授之研究團隊近期發表了利用新型態類豬籠草狀的氮摻雜分層石墨烯(N-doped hierarchical graphene, NHG)作為鋰硫電池之分離膜,可實現高效能和長壽命鋰硫電池,其初始電容量為868 mAh/g、於2C下進行800次循環後,平均電容量衰減只有0.067%;約7.2 mg/cm高硫的沉積量下,其電容可高達805 mAh g-1。而其NHG是利用生物模板矽藻土作為生長基質,以化學氣相沉積法(Chemical vapor deposition, CVD)合成技術,直接製備出具3D結構之NHG,且完美地保留了原始矽藻殼的層次與類似豬籠草狀的結構特色,具有多種孔洞大小的互連通道,且可調控氮的摻雜濃度。此高表面積、互連通道結構和大量氮摻雜NHG材料作為鋰硫電池之分離膜時,具有多硫化物的化學固定化與鋰離子之傳導的雙功能特性。此研究展現了以NHG分離膜的碳材料在鋰硫電池技術上有高硫負荷和高溫操作方面的應用潛力。[本文摘錄翻譯自ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b05246]


    詳細文章請參閱:

    https://doi.org/10.1021/acsnano.8b05246