中国储能网讯：近日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和莱斯大学的科研人员提出一种理论模型，认为碳材料将来或可用于制作锂离子电池的阳极。

该理论模型以电池阳极材料的内部电子特点为基础，包括材料的量子电容（吸附电荷的能力）以及绝对费米能级（决定多少个锂离子吸附到电极）。

碳电极结构、化学性能以及形状的微小改变都能显著改变吸附锂离子的能力，并影响电池的储能容量、电压和能量密度。科研人员经研究发现，这些性能之间的普遍关联性和质数允许科研人员对电池电极进行微调。

莱斯大学理论物理学家Boris Yakobson说：“材料科学家对用于电极的2D结构以上的材料（如石墨烯和和纳米管）进行测试时，微调就变得十分重要。这些材料能够提供非常大的表面积，这样离子就会紧凑的吸附在电极上。这个试验强调了量子电容的重要性。一般情况下，电池电容是由电极配置决定的，人们通常会考虑极板之间的距离作为参考。但是，如果电池极板之间距离过近，电极和电解液处于密封状态，则量子电容就会变成限制参数。”

预测不同碳极材料的新模型（图片来源：莱斯大学 刘元月）

该研究论文的首席作者—来自莱斯大学的研究生刘元月（音）表示：“电极材料的费米能级同样很重要：费米能级和锂离子的吸附性成反比。”

刘元月和劳伦斯利弗莫尔实验室的科学家Brandon Wood在寻找一种描述符(descriptor)，可以捕捉锂离子和不同碳极材料（包括原始/有缺陷/紧绷的石墨烯、平面碳群、纳米管、多层碳堆等）间相互反应的物理特性。

刘元月说：“描述符就是状态填充，即要求在电极内把空缺的电子状态填满。”

Yakobson补充道：“一般来讲，描述符是一个参数或者中间特性，无法提供你真实想要的，但却能和材料的最终性能保持一致。描述符将复杂的特性结合在一起。例如，你可以根据人们的身高或者体重判断他的身体素质，但是不能准确的告诉你这个人有多强壮，只是给你一些猜想。”

以描述符为基础，科研人员可以对不同的碳极材料进行评估。尤其是他们发现有缺陷的/弯曲的石墨烯等材料非常适合做电池阳极，因为它们的能线图允许吸附更多的锂离子。

刘元月表示：“通过描述符等，我们可以快速评估材料的性能，而无需进行电化学实验或者昂贵的计算。”

相关研究论文发表在《物理评论快报》，由劳伦斯利弗莫尔实验室的Bandon Wood和莱斯大学理论物理学家Boris Yakobson担任科研小组负责人。（中国储能网独家编译）