多孔的碳可在現代電池化學組成中製造出最高效的電極,但是,美國布朗大學(Brown University)的研究人員表示,業界為此吃了一番苦頭後終於學到了經驗教訓。他們認為應該從石墨烯氧化物(碳、氧與氫的組合)著手,然後僅需反覆搓揉石墨烯使其產生皺紋與皺摺,可讓原本平坦的石墨烯薄片提高400%的性能,從而打造出電流密度更高的高效電池。

![20160329 Brown NT02P1](//images.contentful.com/15mr7p4rjmth/5EsASAujSwwiCOSQuqiESG/53c3aee7cfe2dddcc93563a98477afdc/20160329_Brown_NT02P1.jpg)將石墨烯放在收縮片上使其產生皺紋與皺摺,可望增強石墨烯的特性
(來源:Brown University)

「多代石墨烯氧化物架構可以透過特定的機械變形順序加以編程,」布朗大學教授Robert Hurt與Ian Wong,以及博士後研究人員Po-Yen Chen及其他5位研究人員,共同在最新一期的《先進材料》(Advanced Materials)期刊中發表這項研究成果。

據研究人員介紹,「每一種新的變形導致由現有較小圖型的特性組合逐漸放大,顯示其具有『結構性』記憶。」研究結果表明,這些多級的架構是超疏水的,能夠像電化學電極一樣展現卓越的功能。」

「在抓皺石墨烯氧化物後,可使其具有高度的伸縮性、靈活性且不會斷裂,」Wong表示,「同時還能保持良好的導電性。這樣的功能可用於能感測並回應外來刺激的多功能穿戴式裝置, 例如化學偵測等。」

經由「編程」與「記憶」,布朗大學的研究人員認為,皺紋與皺摺可加以控制,在製造環境重覆進行。事實上,研究人員們已經建立一個可重覆步驟的參考目錄了,能夠顯示如何經由編程一連串的皺紋與皺摺步驟,為每一種想要的結果實現「記憶」。

為了精確地控制皺紋與皺摺,布朗大學的研究人員在Shrinky Dinks收縮膜上沈積石墨烯——Shrinky Dinks是一種能經加熱收縮所預期量的聚合物。接著在將這種聚合物溶解掉後,即可留下滿是皺紋與皺褶的石墨烯。重複這一過程,直到以編程配方達到理想的結果為止,研究人員得以重複達到相同的結果,從而為製造商開啟了製造更優質電極的全新途徑。

在研究人員們還嘗試不同的配置,例如在揉皺與褶皺以前,試著夾緊一側或薄膜另一端,探索如何以水平或垂直的不同方向控制這一過程,以便在出現皺褶以前產生平行縐紋等。利用他們所謂的「多代」途徑,研究人員們建立了一些配方目錄,可使電極收縮到較原有尺寸更緊密40倍的大小。

研發人員們已經發表了「結構的分類學」(taxonomy of structures)目錄。下一步,研究人員們計劃將這項技術嘗試用於各種不同的材料上。

![20160329 Brown NT02P2](//images.contentful.com/15mr7p4rjmth/6vDlviq8BaAYW64wWoakY2/c2e57d43bec6f4631f72605cc73ec270/20160329_Brown_NT02P2.jpg)以不同順序收縮的各種模式產生不同類型的結構
(來源:Brown University)

其他共同進行這項研究的人員還包括Jaskiranjeet Sodhi、Yang Qiu、Thomas Valentin、Ruben Spitz Steinberg以及Zhongying Wang等人。

編譯:Susan Hong(參考原文:Graphene Boosts Battery Electrodes,by R. Colin Johnson)