新材料比三维石墨烯的导电率还大两个数量级

　　研究者发现金属钠可以显著地提高碳电极的性能。

　　在能源技术领域中，小小的金属钠起到了可思议的作用。尤其是当碳中包埋了金属钠后，就可以显著地提高电极的性能。

　　密西根理工大学（Michigan Tech）材料科学和工程系Charles和Carroll McArthur教授Yun Hang Hu领导的研究团队，找到了一种全新的方法来合成碳纳米片，这种碳纳米片就包埋了金属钠，而之前，这种材料仅仅停留在理论上。最近业内一家倍受关注的刊物《纳米快报》（Nano Letters ）报道了这项研究成果。

　　高导电性和大接触表面积，是理想电极材料的必要条件，但是这两种性质在现有材料中不兼容。无定形碳表面积虽然大，但导电率却很低。石墨正好与之相反，导电性较高，但是表面积不大。相比之下，石墨烯同时具备这两种性质，密西根理工大学Yun Hang Hu合成的包埋有金属钠的碳电极性能就非常好。

　　Hu介绍说，“与三维石墨烯相比，包埋有金属钠的碳不仅电导率比它大两个数量级，而且隧道和孔状结构还使它具备更大的接触面积。”

　　这种材料与简单参杂金属的碳不同，以往的金属只是简单的粘附在碳表面，很容易被氧化。不过，如果能够把金属埋入碳中，外部的碳骨架便会起到保护作用。为了合成这种梦寐以求的金属，Hu和他的团队不得不寻找新的工艺流程。他们让金属钠与一氧化碳反应，这种反应需要控制温度，从而生成黑色的碳粉捕获钠原子。

　　此外，密西根理工大学和得克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texasat Austin）合作的研究结果证明，金属钠确实已被埋入碳中而不是简单的吸附在碳表面。接下来，研究团队在几种能源器件中测试了材料的性能。

　　在染料敏化太阳能电池领域，转换效率每提升0.1%，就意味着向商业化迈进一步。研究结果表明，基于铂的太阳能电池转换效率为7.89%，而这已经达到行业标准。相比之下，以包埋有金属钠的碳为材料的太阳能电池，转换效率可达11.03%。

　　比起可充电电池，超级电容器可以更快地接受和释放电荷，这又使它成为汽车，火车，电梯和其他重型机械设备的理想电源。材料储存电荷的能力，即容量，用法拉（farads，F）表示，材料的质量也很重要，用克（grams，g）表示。

　　在超级电容器中，活性炭是一种常见材料，它的比电容为71F/g。三维石墨烯的比电容稍大，为112F/g。相比之下，包埋有金属钠的碳纳米片的比电容高达145 F/g，远大于前两者。此外，经过5000次充/放电循环，这种新材料的性能还保持在96.4%，这表明电极具有很高的稳定性。

　　Hu还说，“能源器件领域急需创新。”同时，他认为包埋有金属钠的碳纳米片的应用前景很光明，这种材料促进了太阳能技术，电池，燃料电池和超级电容器等领域的发展。