日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu) (NIMS) 日前公布，他們的一個(gè)研究小組成功合成了氧化錳納米片和石墨烯交替重疊的材料。該復(fù)合材料作為鋰及鈉離子充電電池的負(fù)極材料，可將電池充放電容量提高兩倍以上，且能延長重復(fù)使用壽命，解決了容量和壽命不可兼得的問題。

氧化錳納米片與石墨烯的材料結(jié)構(gòu)圖

高容量化是二次電池的目標(biāo)之一，目前其負(fù)極使用的是碳材料，理論上過渡金屬氧化物具有高容量，有望成為碳材料的替代物。特別是具有分層結(jié)構(gòu)的氧化錳，將其剝離制成單分子厚的納米片，作為負(fù)極使用，表面全部呈活性，可大幅提高容量。但氧化錳的難點(diǎn)在于反復(fù)充放電容易破壞結(jié)構(gòu)，納米片也易于凝聚成團(tuán)狀。

研究小組在溶液中分散氧化錳納米片并與石墨烯混合，合成了交互多層的層壓復(fù)合材料。氧化錳與石墨烯都帶負(fù)電，通常情況下會(huì)互相排斥。研究小組早在 2015 年通過化學(xué)修飾石墨烯使其帶正電，解決了排斥問題，并實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)金屬氧化物負(fù)極材料中最高容量和最長壽命。

此次通過把兩種物質(zhì)從分子水平復(fù)合，得到了單獨(dú)材料難以實(shí)現(xiàn)的高特性。復(fù)合材料除用于充電電池之外，還可大幅提高超級(jí)電容器、電極催化劑等能量儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效能。

研究成果發(fā)表在近期美國化學(xué)協(xié)會(huì)雜志《ACS納米》網(wǎng)絡(luò)版。