研究人员发现石墨烯层之间双层碱金属的最紧密排列

AIST的研究人员与大阪大学、东京工业大学、九州大学和国立清华大学合作，开发了一种将碱金属插入石墨烯层间的技术，石墨烯是排列成六方晶格的单层碳原子。他们成功地直接观察了插入的碱金属原子的原子排列，这是一种六方密堆积双层结构。

充电电池的性能是影响电动汽车行驶距离和智能手机使用时间的关键因素。如果可充电电池能够积累更大的电容量，则可以提高这些电子设备的性能。

石墨是电池中使用的电极材料，由多层石墨烯组成，层间放置有碱金属，以促进充电和放电过程中电子的流动。在石墨烯层之间实现高密度的碱金属存储可以增加电容量。

过去一百年来，通过X射线和电子衍射测量，人们广泛认识到石墨烯夹层只能容纳单层碱金属。每层被单层碱金属原子完全填充被认为是理论充电极限。

然而，目前还没有直接观察层间碱金属原子排列并验证石墨烯层是否只能容纳单层碱金属原子或其他技术是否可以实现更高密度或多层碱金属的研究报道。

研究小组开发了一种在石墨烯层之间插入致密碱金属的技术。利用高性能低压(60kV)电子显微镜，他们成功观察到了石墨烯层之间碱金属原子的排列结构。由于层间距的灵活延伸能力，碱金属在双层石墨烯和表层石墨中都以双层结构密集堆积。

这允许插入大约两倍的碱金属。如果可以堆叠两层碱金属插入的石墨烯，则有望作为提高碱性离子二次电池容量的电极材料。