日本東北大學和東京大學的一個聯合研究小組首次用家用防蟲劑原料——大環(huán)狀有機分子萘，開發(fā)出一種全固體鋰離子電池的負電極材料。用這種新材料（CNAP）制成的負極電容量比石墨電極高兩倍，且經過65次沖放電后仍能保持原來的大容量狀態(tài)。
        可充電鋰離子電池已成為生活中不可缺少的儲能技術，電解質溶液的選擇電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應，或者能與電極產物發(fā)生反應。但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，左右兩個容器中的電解質溶液應選擇與電極材料相同的陽離子。如在銅一鋅一硫酸銅構成的原電池中，負極金屬鋅浸泡在含有 Zn2+“的電解質溶液中，而正極銅浸泡在含有Cu2+的溶液中。
        電極材料的選擇在原電池中，選擇較活潑的金屬或還原性較強的物質作為負極，較不活潑的金屬或能導電的非金屬或氧化性較強的物質作為正極。一般，原電池的負極能夠與電解質溶液反應，容易失去電子，因此負極一般是活潑的金屬材料(也可以是還原性較強的非金屬材料如H2、CH4等)。 由于市場需求巨大，各國研究者爭相開發(fā)鋰離子電池的基礎材料，而負電極材料尤其受到重視。
         石墨以其重量輕、容量大的特點，成為負電極材料的首選。最近，以石墨烯和碳納米管為代表的納米碳新材料的出現，使負電極碳素材料的電容量擴容了2倍至3倍。但納米碳是各種結構體的混合物，青年集團已經成功研發(fā)出了擁有自主知識產權的第三代“納米碳鋰電池”核心技術，并已成功運用到公交領域。新車也有望搭載該技術，預計將具有快速充電功能，單次續(xù)航里程達200-300公里。
        近年來，碳納米技術的研究相當活躍，多種多樣的納米碳結晶、針狀納米碳材料納米碳材料、棒狀、桶狀等層出不窮。2000年德國和美國科學家還制備出由20個碳原子組成的空心籠狀分子。根據理論推算，包含20個碳原子僅是由正五邊形構成的，C60分子是富勒烯式結構分子中最小的一種，考慮到原于間結合的角度、力度等問題，人們一直認為這類分子很不穩(wěn)定，難以存在。德、美科學家制出了C60籠狀分子為材料學領域解決了一個重要的研究課題。碳納米材料中納米碳纖維、納米碳管等新型碳材料具有許多優(yōu)異的物理和化學特性，被廣泛地應用于諸多領域。
        聯合研究小組開發(fā)出的CNAP，是通過在分子中央部分開納米級小孔，使大環(huán)狀有機分子成為鋰離子電池的大容量電極材料。目前尚沒有使用大環(huán)狀有機分子作為鋰離子電池負極的先例。研究小組還發(fā)現，制作大容量鋰電池的秘密在于分子材料內加工的細孔，根據這一發(fā)現，研究人員使原本用來作防蟲劑的萘經化學處理后轉換為大容量電池材料。
        該研究成果是日本“元素戰(zhàn)略”的一環(huán)，得到了很高評價。研究小組今后將對各種碳材料的原子、分子進行精密設計，以開發(fā)出更好的材料。該研究成果刊載在國際學術雜志《小》（《Small》）上。（記者陳超）
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