央廣網(wǎng)合肥10月9日消息（記者劉軍）記者9日從中國(guó)科大獲悉，該校季恒星教授研究組與合作者們?cè)谛滦弯囯x子電池電極材料研究方面取得重大突破：全新設(shè)計(jì)的黑磷復(fù)合材料使兼具高容量、快速充電且長(zhǎng)壽命的鋰離子電池成為可能。該成果于北京時(shí)間10月9日在《Science》雜志上發(fā)表。
據(jù)了解，電動(dòng)汽車愈發(fā)受到市場(chǎng)青睞，但漫長(zhǎng)的充電時(shí)間也讓人望而卻步。傳統(tǒng)燃油汽車僅需五分鐘即可滿油增程500公里，而目前市售最先進(jìn)的電動(dòng)汽車則需要“坐等”充電一小時(shí)才能達(dá)到同樣的增程效果。發(fā)展具有快速充電能力的大容量鋰離子電池一直是該行業(yè)的重要目標(biāo)。
電極材料是決定電池性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一?！拔覀兿Ｍ軌虬l(fā)現(xiàn)一款既能在綜合性能指標(biāo)方面給行業(yè)以期待，又能適應(yīng)工業(yè)化電池生產(chǎn)流程的電極材料?！奔竞阈墙淌谡f(shuō)。
論文第一作者金洪昌博士介紹：“能量通過(guò)鋰離子與電極材料的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)出電池，因此電極材料對(duì)鋰離子的傳導(dǎo)能力是決定充電速度的關(guān)鍵；另一方面，單位質(zhì)量或體積的電極材料容納鋰離子的多少也是一個(gè)重要因素。“
據(jù)介紹，黑磷是白磷的同素異形體，特殊的層狀結(jié)構(gòu)賦予它很強(qiáng)的離子傳導(dǎo)能力和高理論容量，是極具潛力的滿足快充要求的電極材料。然而黑磷容易從層狀結(jié)構(gòu)的邊緣開(kāi)始發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，實(shí)測(cè)性能遠(yuǎn)低于理論預(yù)期。季恒星團(tuán)隊(duì)采用“界面工程”策略將黑磷和石墨通過(guò)磷碳共價(jià)鍵連接在一起，在穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)的同時(shí)提升了黑磷石墨復(fù)合材料內(nèi)部對(duì)鋰離子的傳導(dǎo)能力。
但電極材料在工作過(guò)程中會(huì)被電解液逐漸分解的化學(xué)物質(zhì)所包裹，部分物質(zhì)會(huì)阻礙鋰離子進(jìn)入電極材料，就像玻璃表面的灰塵阻礙光線穿透。研究團(tuán)隊(duì)用輕薄的聚合物凝膠做成防塵外衣“穿”在黑磷石墨復(fù)合材料表面，使鋰離子得以順利進(jìn)入。
“我們采用常規(guī)的工藝路線和技術(shù)參數(shù)將黑磷復(fù)合材料做成電極片。實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果表明，電極片充電9分鐘即可恢復(fù)約80%的電量，2000次循環(huán)后仍可保持90%的容量。”共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的辛森研究員介紹說(shuō)，”如果能夠?qū)崿F(xiàn)這款材料的大規(guī)模生產(chǎn)，找到匹配的正極材料及其他輔助材料，并針對(duì)電芯結(jié)構(gòu)、熱管理和析鋰防護(hù)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將有望獲得能量密度達(dá)350瓦時(shí)/千克并具備快充能力的鋰離子電池。”
據(jù)悉，具備能量密度350瓦時(shí)/千克的鋰離子電池能夠使電動(dòng)汽車的行駛里程接近1000千米，而特斯拉Model S滿電后的行駛里程為650千米。而快速充電能力將使電動(dòng)汽車的用戶體驗(yàn)上升一個(gè)臺(tái)階。
