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中美科學家研制出可快充的鋰離子電池材料

2020-10-10 10:55

  充電速度慢、續航里程短,是當前制約電動汽車發展的主要因素之一。記者從中國科學技術大學獲悉,該校季恒星教授研究組與美國加州大學洛杉磯分校、中國科學院化學研究所等機構合作,研制出一種新型黑磷復合材料,充電9分鐘即可恢復電池約80%電量,使兼具快速充電、高電荷容量、長壽命優點的鋰離子電池成為可能。這項成果10月9日發表于國際權威學術期刊《科學》。

  “全新設計的黑磷復合材料使兼具高容量、快速充電且長壽命的鋰離子電池成為可能?!闭撐牡谝蛔髡呓鸷椴┦拷榻B,“一方面,能量通過鋰離子與電極材料的化學反應進出電池,因此電極材料對鋰離子的傳導能力是決定充電速度的關鍵;另一方面,單位質量或體積的電極材料容納鋰離子的多少也是一個重要因素?!?/p>

  黑磷是白磷的同素異形體,特殊的層狀結構賦予它很強的離子傳導能力和高理論容量,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構的邊緣開始發生結構破壞,實測性能遠低于理論預期。季恒星團隊采用“界面工程”策略將黑磷和石墨通過磷碳共價鍵連接在一起,在穩定材料結構的同時提升了黑磷石墨復合材料內部對鋰離子的傳導能力。

  “我們采用常規的工藝路線和技術參數將黑磷復合材料做成電極片。實驗室的測量結果表明,電極片充電9分鐘即可恢復約80%的電量,2000次循環后仍可保持90%的容量?!惫餐谝蛔髡?,中國科學院化學研究所的辛森研究員介紹說,“如果能夠實現這款材料的大規模生產,找到匹配的正極材料及其他輔助材料,并針對電芯結構、熱管理和析鋰防護等進行優化設計,將有望獲得能量密度達350瓦時/千克,并具備快充能力的鋰離子電池?!?/p>

  據了解,具備每千克350瓦時能量密度的鋰離子電池,能使電動汽車的行駛里程接近1000公里。結合快速充電能力,將使電動汽車的用戶體驗大幅提升。(光明日報記者常河 通訊員范瓊)

 
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