如今電動(dòng)汽車(chē)愈發(fā)受到市場(chǎng)青睞，但漫長(cháng)的充電時(shí)間也讓人望而卻步。傳統燃油汽車(chē)僅需5分鐘即可滿(mǎn)油增程500公里，而目前市售最先進(jìn)的電動(dòng)汽車(chē)則需要“坐等”充電一小時(shí)才能達到同樣的增程效果。發(fā)展具有快速充電能力的大容量鋰離子電池一直是電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的重要目標。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的這項最新研究突破使人類(lèi)距離該目標更近了一步。
論文第一作者金洪昌博士介紹：“在鋰離子電池中，能量通過(guò)鋰離子與電極材料的化學(xué)反應進(jìn)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(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?！?
黑磷是白磷的同素異形體，特殊的層狀結構賦予了它很強的離子傳導能力和高理論容量，是極具潛力的滿(mǎn)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(kāi)始發(fā)生結構破壞，實(shí)測性能遠低于理論預期。
為此，季恒星團隊采用“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，在穩定材料結構的同時(shí)提升了黑磷石墨復合材料內部對鋰離子的傳導能力。針對電極材料在工作過(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(xiàn)穿透一樣。研究團隊用輕薄的聚合物凝膠做成防塵外衣“穿”在黑磷石墨復合材料表面，使鋰離子得以順利進(jìn)入。
“我們采用常規的工藝路線(xiàn)和技術(shù)參數將黑磷復合材料做成電極片。實(shí)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(huán)后仍可保持90%的容量?！闭撐墓餐谝蛔髡?、中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員辛森介紹說(shuō)，“如果能夠實(shí)現這款材料的大規模生產(chǎn)，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(jìn)行優(yōu)化設計，將有望獲得能量密度達350瓦時(shí)/千克并具備快充能力的鋰離子電池?！?
這樣的鋰離子電池能夠使電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程接近1000公里，而特斯拉Model S滿(mǎn)電后的行駛里程為650公里?？焖俪潆娔芰⑹闺妱?dòng)汽車(chē)的用戶(hù)體驗上升一個(gè)臺階。
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