中英合作研发新型高效碳电极材料OSPC-1

碳在自然界以各种形式无处不在，现在，科学家创造了一种新型碳，可以使手机、平板电脑和笔记本电脑中的电池更安全、更强大、充电更快，使用更持久。在Angewandte Chemie的论文中，由英国兰开斯特大学和中国吉林大学的研究人员领导的一个国际科研小组，报告了第一种有机合成的多孔碳，称为OSPC-1。

这种新型碳在锂离子电池中作为阳极材料具有特殊的潜力。这些电池为移动电话、笔记本电脑和电动工具等数百万设备提供动力，而且可以在更复杂的情况下使用，例如太空卫星、商用飞机和电动汽车。

用于锂离子电池阳极的工业标准物质是一种称为石墨的碳形式。科学家们比较了OSPC-1与石墨的性能，发现OSPC-1在相同充电速度下能储存两倍以上的锂离子，因而容量可以达到石墨电极的两倍以上。

此外，OSPC-1能够储存锂离子的速度是石墨的两倍以上，这意味着充电速度可以比现有电池快两倍。OSPC-1的放电速度也可以大大提高，允许它为更多耗能巨大的应用提供动力。

这个材料独特的是，OSPC-1在分子水平上使用了一种叫做“EgLilton Houcouple”的复杂技术，它包括从碳硅组中去除硅以产生碳碳链。所得到的结构是非晶态的，非常稳定，并且至关重要的是导电性很高。

“我们的团队使用了一种全新的方法来制备分子水平上唯一的多孔碳。”兰开斯特大学Abbie Trewin说。

OSPC-1的另一个主要优点是它的安全性。它不形成树状的枝晶，枝晶是锂金属纤维，当锂粘在石墨表面上时可以形成这种金属纤维。如果这些树突形成并延伸到阴极的话，它们就可以使锂离子电池短路，并导致它们引起大 火或爆 炸。

OSPC-1似乎也比石墨持久得多。科学家小组在100次充放电循环的情况下，测试了这种材料，这个过程中没有发现任何性能恶化的迹象。相反，石墨在每次充放电时膨胀和收缩，变得易于开裂。OSPC-1的开放式骨架结构意味着它不那么易碎，也不易出现这些弱点。

因为石墨可以非常便宜的生产和获得，因此是目前电池行业的工业标准。研究人员承认，OSPC-1的生产成本现在太高，至少最初来看是如此。因此，他们认为最有可能的早期应用将是以安全为首要考虑的情况，比如太空卫星和飞机等严苛要求的行业。

“我们的团队使用了一种全新的方法来制备分子水平上唯一的多孔碳，”兰开斯特大学的Abbie Trewin说，他是这项研究的联合首席作者。这种新材料OSPC-1是锂离子电池极具潜力的负极材料，具有极高的锂容量、令人印象深刻的充放电速度、长寿命的潜力和显著改善的安全性能。我们相信OSPC-1在那些极高安全需求的情况下，或者卫星使用的情况下，具有巨大的潜力。

研究人员使用的分子设计方法有可能扩展到其他三维碳材料。因此，它可以用来创造一个新的多孔碳材料家族，它可以为能量存储、电子器件、催化、气体储存和气体分离技术提供新思路。