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中美科学家研制出可快充的锂离子电池材料

来源:光明日报 发布时间:[2020-10-10]

充电速度慢、续航里程短,是当前制约电动汽车发展的主要因素之一。记者从中国科学技术大学获悉,该校季恒星教授研究组与美国加州大学洛杉矶分校、中国科学院化学研究所等机构合作,研制出一种新型黑磷复合材料,充电9分钟即可恢复电池约80%电量,使兼具快速充电、高电荷容量、长寿命优点的锂离子电池成为可能。这项成果10月9日发表于国际权威学术期刊《科学》。

全新设计的黑磷复合材料使兼具高容量、快速充电且长寿命的锂离子电池成为可能。论文第一作者金洪昌博士介绍,一方面,能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池,因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键;另一方面,单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是一个重要因素。

黑磷是白磷的同素异形体,特殊的层状结构赋予它很强的离子传导能力和高理论容量,是极具潜力的满足快充要求的电极材料。然而黑磷容易从层状结构的边缘开始发生结构破坏,实测性能远低于理论预期。季恒星团队采用界面工程策略将黑磷和石墨通过磷碳共价键连接在一起,在稳定材料结构的同时提升了黑磷石墨复合材料内部对锂离子的传导能力。

我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明,电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量,2000次循环后仍可保持90%的容量。共同第一作者,中国科学院化学研究所的辛森研究员介绍说,如果能够实现这款材料的大规模生产,找到匹配的正极材料及其他辅助材料,并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计,将有望获得能量密度达350瓦时/千克,并具备快充能力的锂离子电池。

据了解,具备每千克350瓦时能量密度的锂离子电池,能使电动汽车的行驶里程接近1000公里。结合快速充电能力,将使电动汽车的用户体验大幅提升。

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