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最近，美國萊斯大學(xué)（Rice University）的一項(xiàng)研究顯示，在大容量鋰電池中加入一點(diǎn)瀝青能夠?qū)⒊潆娝俣忍岣?10 到 20 倍。
圖 | 利用電子掃描顯微鏡，左圖為擁有瀝青，石墨烯納米碳管以及金屬鋰的正極材料；右圖為不含有瀝青的正極材料。這種材料由美國萊斯大學(xué)研制，并能夠被用來制造充電速度為鋰電池 20 倍的高容量電池。
萊斯大學(xué)化學(xué)家 James Tour 的實(shí)驗(yàn)室研制出了一種利用瀝青制造的多孔碳材電池陽極材料。這種陽極材料在 500 多次充放電循環(huán)后仍然能夠保持穩(wěn)定。由于這種材料能夠承受高達(dá) 20 毫安每平方厘米的電流密度，利用這種材料的電池將能夠?qū)崿F(xiàn)需要高功率密度的快速充放電。
James Tour 表示：“利用這種材料，我們將能夠制造出超大容量的電池。不過，更令人興奮的一點(diǎn)是這種電池將能夠在 5 分鐘內(nèi)完全充滿電，而不像其他電池一樣需要 2 小時及以上才能充滿?！?/span>
過去，實(shí)驗(yàn)室的研究課題是利用天然瀝青來吸收天然氣中的溫室氣體。如今在研究電池時，研究人員將這種瀝青與導(dǎo)電的石墨烯納米帶混合，并利用電化學(xué)沉淀方法將金屬鋰電鍍到這種混合物中。
接下來，研究人員利用這種正電極材料與硫化碳負(fù)電極材料制造出了可供測試的電池。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，這種電池?fù)碛懈哌_(dá) 1322 瓦特每千克的功率密度，以及高達(dá) 943 瓦時每千克的電能密度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時展示出這種電池的另一個好處：電池中的碳阻止了鋰結(jié)晶的形成。這些鋰結(jié)晶會不斷占據(jù)電解質(zhì)的空間。當(dāng)結(jié)晶過長時，它們有可能將電池短路，造成火災(zāi)甚至爆炸。但是，瀝青中的碳阻止了鋰結(jié)晶的形成。
在此實(shí)驗(yàn)室過去的一項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)利用石墨烯以及碳納米管制造的正電極材料也能夠阻止鋰結(jié)晶的形成。然而，Tour 表示這種新的材料更加簡單。
Tour 繼續(xù)表示：“雖然利用這兩種正電極材料制造的電池容量基本都達(dá)到了鋰電池的理論最大容量，新的瀝青碳材料能夠在同樣的面積中包含更多的金屬鋰，使這種新電池生產(chǎn)更加簡便以及便宜。與上一種電池相比，這種新電池的制造將不會包含化學(xué)氣相沉積步驟，電子束蒸發(fā)步驟，并不需要利用石墨烯制造碳納米管。這樣一來，新電池的制造過程將大大簡化。”
由于金屬鋰擁有極高的比容量以及極低的電化勢，它一直是鋰電池中正電極的最佳選擇。但是，鋰電極帶來的鋰結(jié)晶問題一直是可充電電池產(chǎn)業(yè)的一個重大挑戰(zhàn)。在這項(xiàng)研究中，我們利用價格低廉的天然瀝青制造的多孔碳材作為金屬鋰的基礎(chǔ)。這種多孔碳材擁有高達(dá) 3000 平方米每克的表面積，使金屬鋰能夠在這些表面上形成碳鋰材料（Asp-Li）。
石墨烯納米碳管將能夠在高電流密度的情況下增加電極的導(dǎo)電性，形成 Asp–GNR–Li 材料。這種材料展現(xiàn)出了驚人的性能：5 A/gLi (1.3C) 到 40 A/gLi (10.4C)，并擁有>96% 的庫倫效率。在 5 A/gLi (1.3C) 的情況下，電池能夠穩(wěn)定進(jìn)行 500 多次充放電循環(huán)。電池的區(qū)域容量在最高的 20 mA/cm2 充放電率條件下達(dá)到了驚人的 9.4 mAh/cm2，這樣的結(jié)果是普通鋰電池的 10 倍，使這種電池能夠?qū)崿F(xiàn)超快速充電。利用 Asp–GNR–Li 正極材料以及硫化碳負(fù)極材料制造的電池?fù)碛懈哌_(dá) 1322 瓦特每千克的功率密度，以及高達(dá) 943 瓦時每千克的電能密度。
參考：
信息來源：DeepTech深科技
