新负极材料让充电电池容量高寿命长

高容量化是二次电池的目标之一，目前其负极使用的是碳材料，理论上过渡金属氧化物具有高容量，有望成为碳材料的替代物。特别是具有分层结构的氧化锰，将其剥离制成单分子厚的纳米片，作为负极使用，表面全部呈活性，可大幅提高容量。但氧化锰的难点在于反复充放电容易破坏结构，纳米片也易于凝聚成团状。

研究小组在溶液中分散氧化锰纳米片并与石墨烯混合，合成了交互多层的层压复合材料。氧化锰与石墨烯都带负电，通常情况下会互相排斥。研究小组早在2015年通过化学修饰石墨烯使其带正电，解决了排斥问题，并实现了当时金属氧化物负极材料中最高容量和最长寿命。

此次通过把两种物质从分子水平复合，得到了单独材料难以实现的高特性。复合材料除用于充电电池之外，还可大幅提高超级电容器、电极催化剂等能量储存及转换系统的效能。

研究成果发表在近期美国化学协会杂志《ACS纳米》网络版。