一點點鹽就可以增加電池性能?聽起來像是個天方夜譚，但這是倫敦瑪麗王后大學(xué)、劍橋大學(xué)與馬克斯普朗克固體物理和材料研究所共同研究成果，只要在超分子海綿加入鹽并加以碳化，就可以打造 3D 多層碳結(jié)構(gòu)，可用于電池電極并提升電容。

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)把鹽放入超分子海綿，并置于高溫烘烤環(huán)境，就可以把海綿變成碳基結(jié)構(gòu)。其中鹽會以特殊方式與金屬海綿發(fā)生反應(yīng)，將海綿從均質(zhì)物質(zhì)變成具有纖維、支架和網(wǎng)狀物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這種 3D 碳結(jié)構(gòu)當(dāng)作電池負(fù)極時對可促進(jìn)電解質(zhì)離子遷移，但難以在實驗室中制造。

根據(jù)其在《美國化學(xué)會志》(Journal of the American Chemical Society)研究，假如在鋰離子電池使用該材料，不僅可以提高電池充電速度，電容量也可以增加。而由于自然界的硅藻也存有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，研究員將該材料命名為「納米硅藻(nano-diatoms)」，并且認(rèn)為納米硅藻也可用于儲能與能源轉(zhuǎn)換，像是氫燃料的電催化劑。

倫敦瑪麗王后大學(xué)工程與材料科學(xué)學(xué)院 Stoyan Smoukov 博士說，只有將化合物加熱到攝氏 800 度時才會發(fā)生這種變態(tài)(metamorphosis)，而團(tuán)隊也發(fā)現(xiàn)可以利用改變化學(xué)組成來控制碳化。

多階層結(jié)構(gòu)的 3D 碳基納米結(jié)構(gòu)不僅擁有良好導(dǎo)電性等物理性質(zhì)，也可以制成輕型結(jié)構(gòu)材料或是改善碳材料浸潤性(wettability)促進(jìn)離子流動。但制造 3D 碳基納米結(jié)構(gòu)非常難，何況還要以簡單方式制成。

研究使用的超分子海綿為一種金屬有機(jī)框架材料(MOF)，該多孔材料具有氣體儲存等應(yīng)用潛力。一般來說 MOF 海綿碳化后表面積會增加，可成為電極材料生力軍，只是研究發(fā)現(xiàn)碳化的 MOF 僅會形成無規(guī)則碳衍生物。所幸最后團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)在 MOF 海綿加鹽碳化后，可將無規(guī)則碳衍生物搖身一變成復(fù)雜且有秩序的多層碳基材料。

劍橋大學(xué)能源研究所博士 R. Vasant Kumar 表示，這項研究將 MOF 應(yīng)用推向另一階段。該多層碳基材料制造方法未來不僅可用在儲能技術(shù)，也可以用于能源轉(zhuǎn)換和化學(xué)感測。

劍橋大學(xué)博士生王鐵勝指出，由于可用的 MOF 和金屬鹽種類非常多，研究擁有千上萬種排列組合，或許未來團(tuán)隊也會透過另一種材料與結(jié)構(gòu)來制造納米硅藻。