新型沥青电池——充电速率翻倍

来源:钜大LARGE    2017-10-12    点击量: 192
      近日,经美国莱斯大学的科学家研究发现,使用沥青或许能使高容量锂金属电池的充电速率比商用锂离子电池快10到20倍。
      据了解,在美国化学学会的期刊上,发表了关于詹姆斯·托尔(JamesTour),美国著名化学家,在其实验室中采用沥青中多孔的碳制成阳极,在超过500次充电和放电循环后依然显示出异乎寻常的稳定性。这种电池每平方厘米的电流密度高达20毫安,表明它在要求高功率密度的快速充电—放电设备中具有不错的应用前景。
      詹姆斯·托尔称,“这些电池的容量很大,但同样了不起的是,我们可以在5分钟内从0电量充到满格,而不是像其他电池那样需要两小时甚至更长时间,” 此前,托尔的实验室采用的是一种沥青衍生物——未处理的天然沥青(gilsonite),又称黑沥青、硬沥青——来捕捉天然气中的温室气体。这一次,研究人员将沥青与具有导电性的石墨烯纳米带(graphenenanoribbons)混合,通过电化学沉积作用将锂金属覆盖在混合物表面。
      接下来,研究人员将沥青制成的阳极与硫化碳阴极组合成完整的电池,进行测试。结果表明,这种电池具有高达每千克1322W的功率密度,和每千克943Wh的能量密度。
      测试结果还揭示出该电池另一个显著的优势:碳能够减缓锂电池中树枝状结晶的产生。这些结晶会侵入电池的电解质中,如果延伸太长,就会导致短路,造成电池失效、着火或爆炸。从沥青中获得的碳可以有效阻止任何树枝状结晶的形成。
      托尔的实验室在此前的一个项目中发现,用石墨烯和碳纳米管制成的阳极也能阻止树枝状结晶的形成。对此托尔表示,新的材料配方更加简单。
      “虽然前一个电池和现在新电池的容量差不多,都接近锂金属的理论极限,但是新电池中来自沥青的碳每单位面积能吸收更多的锂金属,并且在制作上更加方便和低价,”托尔说,“新方法没有化学气相沉积的步骤,没有电子束沉积步骤,而且不需要从石墨烯中制取纳米管,因此制作过程大大简化。”
      目前,包括特斯拉、高通等许多科技公司也在开发能快速充电的技术。随着人们对电池的需求越来越高,快速充电已经成为许多人关注的问题。锂电池性能的提升将大大提高人们工作和生活的效率,想象一下,如果手机和笔记本能像汽车加油一样快速充满电能,那将带来怎样的改变。
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