北京時(shí)間10月9日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家表示，使用瀝青或許能使高容量鋰金屬電池的充電速率比商用鋰離子電池快10到20倍。

 

 

掃描電子顯微鏡下的瀝青陽(yáng)極，左圖是覆蓋鋰金屬的瀝青和石墨烯納米帶，右圖是沒有鋰金屬覆蓋的情況。這種新材料由美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)，或許能使高容量鋰金屬電池的充電速率比商用鋰離子電池快10到20倍。

 

化學(xué)家詹姆斯·托爾（James Tour）的實(shí)驗(yàn)室采用瀝青中多孔的碳制成陽(yáng)極，在超過500次充電和放電循環(huán)后依然顯示出異乎尋常的穩(wěn)定性。這種電池每平方厘米的電流密度高達(dá)20毫安，表明它在要求高功率密度的快速充電—放電設(shè)備中具有不錯(cuò)的應(yīng)用前景。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的《ACS Nano》期刊上。

 

“這些電池的容量很大，但同樣了不起的是，我們可以在5分鐘內(nèi)從0電量充到滿格，而不是像其他電池那樣需要兩小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間，”詹姆斯·托爾說(shuō)道。此前，托爾的實(shí)驗(yàn)室采用的是一種瀝青衍生物——未處理的天然瀝青（gilsonite），又稱黑瀝青、硬瀝青——來(lái)捕捉天然氣中的溫室氣體。這一次，研究人員將瀝青與具有導(dǎo)電性的石墨烯納米帶（graphene nanoribbons）混合，通過電化學(xué)沉積作用將鋰金屬覆蓋在混合物表面。

 

接下來(lái)，研究人員將瀝青制成的陽(yáng)極與硫化碳陰極組合成完整的電池，進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，這種電池具有高達(dá)每千克1322W的功率密度，和每千克943Wh的能量密度。

 

測(cè)試結(jié)果還揭示出該電池另一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)：碳能夠減緩鋰電池中樹枝狀結(jié)晶的產(chǎn)生。這些結(jié)晶會(huì)侵入電池的電解質(zhì)中，如果延伸太長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致短路，造成電池失效、著火或爆炸。從瀝青中獲得的碳可以有效阻止任何樹枝狀結(jié)晶的形成。

 

托爾的實(shí)驗(yàn)室在此前的一個(gè)項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，用石墨烯和碳納米管制成的陽(yáng)極也能阻止樹枝狀結(jié)晶的形成。對(duì)此托爾表示，新的材料配方更加簡(jiǎn)單。

 

“雖然前一個(gè)電池和現(xiàn)在新電池的容量差不多，都接近鋰金屬的理論極限，但是新電池中來(lái)自瀝青的碳每單位面積能吸收更多的鋰金屬，并且在制作上更加方便和低價(jià)，”托爾說(shuō)，“新方法沒有化學(xué)氣相沉積的步驟，沒有電子束沉積步驟，而且不需要從石墨烯中制取納米管，因此制作過程大大簡(jiǎn)化。”