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快速充电 10 分钟恢复 80%

中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学与材料科学学院中科院能量转换材料重点实验室季恒星教授联合美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授等在锂离子电池领域取得重要进展，在国际学术期刊《科学》（Science）上刊发重要研究成果。中国科学技术大学季恒星教授表示：“高容量、高速率和长循环寿命是电池研究的重点，这取决于电池的关键部件——电极材料。我们的目标是寻找一种电极材料，可以在实验室研究中对性能指标产生影响，并有望满足产业生产技术要求。”研究人员表示，能量得以进入和离开电池，是通过电极内的电化学反应，所以如何快速有效的转移锂离子至关重要，尤其是通过负极将能量从电池转移到设备上。研究团队尝试使用黑磷作为负极材料。这种材料因容易沿层状边缘变形，严重影响锂离子迁移率，之前一度被放弃。在此次研究中，研究人员将黑磷和石墨结合在一起，使两种材料之间的化学键保持稳定，防止发生边缘变形。研究小组还解决了这种材料存在的另一问题，即电解质可以分解成导电性较差的碎片，堆积在电极表面，抑制锂离子迁移至电极材料中。该团队在电极材料上涂上一层薄的聚合物凝胶涂层，使锂离子能够快速进入材料。中国科学院化学研究所的辛森教授表示：“这种复合负极材料充电不到10 分钟，即可恢复 80%的电量，而且在室温下，可以实现 2000 次左右的循环寿命。如果能够实现量产，这种材料可能成为石墨负极新的替代品，使锂离子电池的能量密度超过每千克 350 瓦时，并且可以快速充电。这将大大提高电动汽车相对于燃料汽车的竞争力。” 如果电池的能量密度达 350 瓦时每千克，电动汽车单次充电可以行驶 600 英里。相比之下，特斯拉 Model S 单次充电的续航里程为 400 英里。季恒星教授表示，研究人员将在新技术的基础上，继续探讨锂离子充放电过程中的基本科学问题，以及规模化生产复合材料的相关产业问题。“我们将研究合理选择结构的工程材料，同时考虑到价格和实用性，使材料性能更具吸引力。”本工作对优选电极材料体系并通过界面设计挖掘电极性能潜力具有重要的借鉴，以期推动锂离子电池的包括能量密度、功率密度和循环寿命在内的综合性能指标的进步。论文第一作者是合肥微尺度物质科学国家研究中心的博士研究生金洪昌。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、安徽省等的支持。

中国科学技术大学 2021-04-13