【据materialstoday网站09.27报道】能量通常储存在电池中，但是电池不能同时满足高能量密度和高功率密度两种条件。目前，科学家正在寻找一种兼具高能量密度和高功率密度的材料。换句话说，寻找一种可以储存大量电荷并可以迅速释放能量的材料是具有挑战性的。纳米材料目前来看很有前途，现在研究人员已经做出了初步的材料，这就是石墨烯--Nb2O5纳米复合材料[Sun et al., Science (2017) 356, 599].

纳米结构储能材料受到超薄电极和低质量负载的限制。但来自加利福尼亚大学，湖南大学，和沙特国王大学的研究人员，制备了三维多孔石墨烯网络，加入Nb2O5后表现得类似于纳米导电支架，克服了上述问题。相互连接的石墨烯结构提供了电子传输的框架，而可调节的孔隙允许离子的快速移动。

“通过系统设计石墨烯骨干中的孔隙度，复合结构优化后的电荷传输具有高容量和大电流密度的能力，” Duan说。“我们使电池的高性能电极材料获得了较大突破。”

多孔石墨烯框架在超级电容器中的应用已被报道，大面积是一个优势，但直到现在，厚电极的扩散限制被证明非常具有挑战性。在新材料中，质量载荷为10-20 mg/cm2时，互穿电子和离子输运路径的结合提供了较高的充放电速率。

Duan解释说：“在较厚的电极中，离子的质量输运极限和电子输运的电阻变得越来越关键。”这些影响导致在高质量负荷下，最先进的商用石墨、硅和碳/硅阳极以及碳/硫阴极中，容量保持率快速下降。

他补充说，在高功率密度下问题变得更糟糕。但由于石墨烯/ Nb2O5纳米复合材料能够更有效地提供电荷，促进电荷传输，即使是厚电极，高质量负荷下容量保持率和电流密度依旧可以保持较高的数值。

Yury Gogotsi，Drexel大学纳米材料研究所主任，认为这项工作非常出色。由新的纳米复合材料制成的电极，在实际有用的重量（11 mg/cm2）下仍然显示出高速和高区域容量。

他指出：“我们都希望在几分钟内，为我们的手机就和电动汽车充电。像这样的多孔石墨烯Nb2O5复合材料具有很高的电子和离子导电率，可以提供高速能量储存。”

但在新的复合材料可以商业化应用之前，制备工艺仍然需要优化，以便大规模生产，他说：“继续努力设计新的电极结构，可以进一步提高电荷传输速率，加速电池高级活性材料的开发。”

原文来自：materialstoday，由材料科技在线团队翻译整理。