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萊斯大學的研究人員們開發出一種能夠拉開碳奈米管並使其成為石墨烯帶(GNR)的新技術，而為鋰離子電池創造出更高容量的陽極。(來源：萊斯大學)

在邁向全新的鋰離子電池設計道路上，利用石墨烯材料正成為一項新的選擇。例如，SiNode Systems利用石墨烯材料打造出高容量、高性能鋰離子電池的陽極部份。最近，美國萊斯大學(Rice University)的研究人員們也利用石墨烯進行實驗，透過石墨烯奈米帶(GNR)的形式來實現類似的效應。
萊斯大學研究人員的團隊──包括化學、工程與電腦科學教授James Tour，以及博士後研究Jian Lin──成功地經由 GNR 與氧化錫材料創造出經概念驗證的電池陽極，可提供較一般電池陽極更高容量。一般鋰離子電池陽極或電池中儲存鋰離子的部份主要是由氧化鍚與石墨烯製造的。

研究人員們表示，經過50次的充放電週期，研究團隊製作的測試陽極仍保有較現有鋰離子電池陽極中石墨烯更高兩倍的容量。這大幅延長了電池的使用壽命，並為各種電子設備與電動汽車中採用同類型電池設計的多種商業應用而舖路。

萊斯大學的研究團隊們表示，他們早在2009年就開發出可透過「拉開」碳奈米管而製作出 GNR 的新技術，最近才找到如何大規模製造 GNR 而使鋰離子電池更具效率的方法。Jian Lin表示：「高導電的 GNR 具有高深寬比，能夠提高氧化鍚奈米結構的鋰離子儲存能力。」

James Tour進一步解釋，Jian Lin所謂的這種「高深寬比」改善了電池活性材料的導電性能，從而提高電池電荷離子的流動。「透過電池活性材料的特性，石墨烯奈米帶實現了高導電性──這是沒法經由薄層石墨烯而實現的。由於採用了石墨烯奈米帶，就不至於像薄層石墨烯一樣在充放電期間混淆鋰離子的流動進出。」

相較於目前的鋰離子電子，這種方法不僅延長電池壽命，還提高了電池儲存容量或總輸出功率，James Tour強調。

事實上，針對必須不斷充電而且會隨著時間流逝而降解的鋰離子電池，科學家們正積極尋找各種能延長電池壽命的方式。Jian Lin強調，在電池設計中加進新材料是一個重要的方法，這也是他們目前正在嘗試的，「最近鋰離子電池的研究開始蓬勃發展，尋找各種不同的材料正成為學術研究和產業的主要關注重點。」

雖然採用GNR的電池生產成本低廉，但如果要成為下一代鋰離子電池，還必須找到一種能夠大規模生產以降低成本的方式。因此，萊斯大學研究團隊持續透過改變金屬氧化物奈米結構，以擴展對於 GNR 複合材料的各種研究，同時，這也將進一步提升了鋰離子電池的陽極和陰極性能。

至於這種電池何時能準備好商用化上市，目前還沒有具體的時間表，但Jian Lin認為，針對新式鋰離子電池設計進行長期的投資，總有一天將使社會大眾受益。

編譯：Susan Hong

(參考原文：Graphene nanotubes: the latest advancement in lithium-ion batteries，by Elizabeth Montalbano)

資料來源:電子工程專輯