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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