納米材料在科學家眼里是種很有潛力的材料，尤其是在電池行業，目前現有電池不能同時滿足高能量密度和高功率密度兩種條件，但納米材料有這種可能，現在研究人員已經做出了初步的材料，這就是石墨烯--Nb2O5納米復合材料[Sun et al., Science （2017） 356, 599].
納米結構儲能材料受到超薄電極和低質量負載的限制。但來自加利福尼亞大學，湖南大學，和沙特國王大學的研究人員，制備了三維多孔石墨烯網絡，加入Nb2O5后表現得類似于納米導電支架，克服了上述問題。相互連接的石墨烯結構提供了電子傳輸的框架，而可調節的孔隙允許離子的快速移動。
“通過系統設計石墨烯骨干中的孔隙度，復合結構優化后的電荷傳輸具有高容量和大電流密度的能力，” Duan說。“我們使電池的高性能電極材料獲得了較大突破。”
多孔石墨烯框架在超級電容器中的應用已被報道，大面積是一個優勢，但直到現在，厚電極的擴散限制被證明非常具有挑戰性。在新材料中，質量載荷為10-20 mg/cm2時，互穿電子和離子輸運路徑的結合提供了較高的充放電速率。
Duan解釋說：“在較厚的電極中，離子的質量輸運極限和電子輸運的電阻變得越來越關鍵。”這些影響導致在高質量負荷下，最先進的商用石墨、硅和碳/硅陽極以及碳/硫陰極中，容量保持率快速下降。
他補充說，在高功率密度下問題變得更糟糕。但由于石墨烯/ Nb2O5納米復合材料能夠更有效地提供電荷，促進電荷傳輸，即使是厚電極，高質量負荷下容量保持率和電流密度依舊可以保持較高的數值。
Yury Gogotsi，Drexel大學納米材料研究所主任，認為這項工作非常出色。由新的納米復合材料制成的電極，在實際有用的重量（11 mg/cm2）下仍然顯示出高速和高區域容量。
他指出：“我們都希望在幾分鐘內，為我們的手機就和電動汽車充電。像這樣的多孔石墨烯Nb2O5復合材料具有很高的電子和離子導電率，可以提供高速能量儲存。”
但在新的復合材料可以商業化應用之前，制備工藝仍然需要優化，以便大規模生產，他說：“繼續努力設計新的電極結構，可以進一步提高電荷傳輸速率，加速電池高級活性材料的開發。”
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