新材料比三維石墨烯的導電率還大兩個數量級

　　研究者發現金屬鈉可以顯著地提高碳電極的性能。

　　在能源技術領域中，小小的金屬鈉起到了可思議的作用。尤其是當碳中包埋了金屬鈉后，就可以顯著地提高電極的性能。

　　密西根理工大學（Michigan Tech）材料科學和工程系Charles和Carroll McArthur教授Yun Hang Hu領導的研究團隊，找到了一種全新的方法來合成碳納米片，這種碳納米片就包埋了金屬鈉，而之前，這種材料僅僅停留在理論上。最近業內一家倍受關注的刊物《納米快報》（Nano Letters ）報道了這項研究成果。

　　高導電性和大接觸表面積，是理想電極材料的必要條件，但是這兩種性質在現有材料中不兼容。無定形碳表面積雖然大，但導電率卻很低。石墨正好與之相反，導電性較高，但是表面積不大。相比之下，石墨烯同時具備這兩種性質，密西根理工大學Yun Hang Hu合成的包埋有金屬鈉的碳電極性能就非常好。

　　Hu介紹說，“與三維石墨烯相比，包埋有金屬鈉的碳不僅電導率比它大兩個數量級，而且隧道和孔狀結構還使它具備更大的接觸面積。”

　　這種材料與簡單參雜金屬的碳不同，以往的金屬只是簡單的粘附在碳表面，很容易被氧化。不過，如果能夠把金屬埋入碳中，外部的碳骨架便會起到保護作用。為了合成這種夢寐以求的金屬，Hu和他的團隊不得不尋找新的工藝流程。他們讓金屬鈉與一氧化碳反應，這種反應需要控制溫度，從而生成黑色的碳粉捕獲鈉原子。

　　此外，密西根理工大學和得克薩斯大學奧斯汀分校（University of Texasat Austin）合作的研究結果證明，金屬鈉確實已被埋入碳中而不是簡單的吸附在碳表面。接下來，研究團隊在幾種能源器件中測試了材料的性能。

　　在染料敏化太陽能電池領域，轉換效率每提升0.1%，就意味著向商業化邁進一步。研究結果表明，基于鉑的太陽能電池轉換效率為7.89%，而這已經達到行業標準。相比之下，以包埋有金屬鈉的碳為材料的太陽能電池，轉換效率可達11.03%。

　　比起可充電電池，超級電容器可以更快地接受和釋放電荷，這又使它成為汽車，火車，電梯和其他重型機械設備的理想電源。材料儲存電荷的能力，即容量，用法拉（farads，F）表示，材料的質量也很重要，用克（grams，g）表示。

　　在超級電容器中，活性炭是一種常見材料，它的比電容為71F/g。三維石墨烯的比電容稍大，為112F/g。相比之下，包埋有金屬鈉的碳納米片的比電容高達145 F/g，遠大于前兩者。此外，經過5000次充/放電循環，這種新材料的性能還保持在96.4%，這表明電極具有很高的穩定性。

　　Hu還說，“能源器件領域急需創新。”同時，他認為包埋有金屬鈉的碳納米片的應用前景很光明，這種材料促進了太陽能技術，電池，燃料電池和超級電容器等領域的發展。