日本東北大學(xué)和東京大學(xué)的一個(gè)聯(lián)合研究小組首次用家用防蟲劑原料——大環(huán)狀有機(jī)分子萘，開發(fā)出一種全固體鋰離子電池的負(fù)電極材料。用這種新材料（CNAP）制成的負(fù)極電容量比石墨電極高兩倍，且經(jīng)過65次沖放電后仍能保持原來的大容量狀態(tài)。
        可充電鋰離子電池已成為生活中不可缺少的儲能技術(shù)，電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者能與電極產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子。如在銅一鋅一硫酸銅構(gòu)成的原電池中，負(fù)極金屬鋅浸泡在含有 Zn2+“的電解質(zhì)溶液中，而正極銅浸泡在含有Cu2+的溶液中。
        電極材料的選擇在原電池中，選擇較活潑的金屬或還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極，較不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬或氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作為正極。一般，原電池的負(fù)極能夠與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，容易失去電子，因此負(fù)極一般是活潑的金屬材料(也可以是還原性較強(qiáng)的非金屬材料如H2、CH4等)。 由于市場需求巨大，各國研究者爭相開發(fā)鋰離子電池的基礎(chǔ)材料，而負(fù)電極材料尤其受到重視。
         石墨以其重量輕、容量大的特點(diǎn)，成為負(fù)電極材料的首選。最近，以石墨烯和碳納米管為代表的納米碳新材料的出現(xiàn)，使負(fù)電極碳素材料的電容量擴(kuò)容了2倍至3倍。但納米碳是各種結(jié)構(gòu)體的混合物，青年集團(tuán)已經(jīng)成功研發(fā)出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代“納米碳鋰電池”核心技術(shù)，并已成功運(yùn)用到公交領(lǐng)域。新車也有望搭載該技術(shù)，預(yù)計(jì)將具有快速充電功能，單次續(xù)航里程達(dá)200-300公里。
        近年來，碳納米技術(shù)的研究相當(dāng)活躍，多種多樣的納米碳結(jié)晶、針狀納米碳材料納米碳材料、棒狀、桶狀等層出不窮。2000年德國和美國科學(xué)家還制備出由20個(gè)碳原子組成的空心籠狀分子。根據(jù)理論推算，包含20個(gè)碳原子僅是由正五邊形構(gòu)成的，C60分子是富勒烯式結(jié)構(gòu)分子中最小的一種，考慮到原于間結(jié)合的角度、力度等問題，人們一直認(rèn)為這類分子很不穩(wěn)定，難以存在。德、美科學(xué)家制出了C60籠狀分子為材料學(xué)領(lǐng)域解決了一個(gè)重要的研究課題。碳納米材料中納米碳纖維、納米碳管等新型碳材料具有許多優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。
        聯(lián)合研究小組開發(fā)出的CNAP，是通過在分子中央部分開納米級小孔，使大環(huán)狀有機(jī)分子成為鋰離子電池的大容量電極材料。目前尚沒有使用大環(huán)狀有機(jī)分子作為鋰離子電池負(fù)極的先例。研究小組還發(fā)現(xiàn)，制作大容量鋰電池的秘密在于分子材料內(nèi)加工的細(xì)孔，根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，研究人員使原本用來作防蟲劑的萘經(jīng)化學(xué)處理后轉(zhuǎn)換為大容量電池材料。
        該研究成果是日本“元素戰(zhàn)略”的一環(huán)，得到了很高評價(jià)。研究小組今后將對各種碳材料的原子、分子進(jìn)行精密設(shè)計(jì)，以開發(fā)出更好的材料。該研究成果刊載在國際學(xué)術(shù)雜志《小》（《Small》）上。（記者陳超）
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