2018年才剛剛開(kāi)始，中國(guó)浙江大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)就傳來(lái)了重大的喜訊：浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系高超團(tuán)隊(duì)正式宣布，一種新型鋁-石墨烯電池誕生了。
左圖：電池在冰鹽浴中工作 右圖：電池在高溫下不燃燒
該電池的正極為石墨烯薄膜，負(fù)極為金屬鋁。該電池在1.1秒鐘內(nèi)就可以完成充電。不僅僅如此，其還具備著讓人驚嘆的強(qiáng)悍性能。
使用壽命長(zhǎng)：它在25萬(wàn)次充放電循環(huán)后依舊可以保持91%的容量。也就說(shuō)，該電池在每天平均充電十次的情況下，也能使用到70年。
剛?cè)岵⒋妫哼@種新型電池，在-45℃的情況下，也能正常工作；即便是被你彎折一萬(wàn)次，其容量也完全保持；而且，就算你把電芯暴露于火焰中也不會(huì)起火或爆炸。
消息一經(jīng)公布立刻引起了媒體的高度注意，人民日?qǐng)?bào)、中央電視臺(tái)等各大媒體紛紛報(bào)道。
一片片泛著金屬光澤的深灰色薄膜，就是團(tuán)隊(duì)最新研發(fā)的石墨烯—鋁電池。它的正極是石墨烯薄膜，負(fù)極是金屬鋁。把兩片電池串聯(lián)在一起，就能點(diǎn)亮一組LED燈。經(jīng)過(guò)測(cè)試，石墨烯正極的比容量達(dá)到120 mAh/g（毫安時(shí)每克），在25萬(wàn)次充放電循環(huán)后仍能保持91%的容量；同時(shí)其倍率性能優(yōu)異，快速充電可1.1秒內(nèi)充滿電，仍具有111 mAh/g的可逆比容量。
鋁-石墨烯電池點(diǎn)亮了印有"ZJU120"的LED燈串
鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，廉價(jià)安全，在電池制備中是一種理想的負(fù)極材料。但是多年來(lái)，鋁電池的整體性能仍然比不上鋰離子電池和超級(jí)電容器。關(guān)鍵問(wèn)題是要設(shè)計(jì)出能與鋁匹配、高效工作的正極材料，才能真正發(fā)揮出色的電化學(xué)性能。
經(jīng)過(guò)一年半摸索和積累，高超團(tuán)隊(duì)提出了石墨烯正極材料的“三高三連續(xù)”設(shè)計(jì)原則。“三高”指微觀結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量、高取向、高孔道率；“三連續(xù)”指宏觀結(jié)構(gòu)上有連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、連續(xù)的離子傳輸通道和連續(xù)的離子嵌層通道。
這一設(shè)計(jì)原則讓鋁-石墨烯電池的性能向前邁出一大步。之前，鋁電池的比容量一直在60 mAh/g左右徘徊，可反復(fù)充放電次數(shù)也在數(shù)千次以內(nèi)。
“現(xiàn)在一些智能手機(jī)也有快充功能，看似電池很快充滿了，實(shí)際續(xù)航時(shí)間并不長(zhǎng)。”高超說(shuō)，而這種新型電池現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)是1.1秒就能充滿電，比電容量損失輕微。
這表明，未來(lái)如果用到手機(jī)上，充電5秒鐘通話2小時(shí)是完全可能的。但是，高超說(shuō)，距離真正商業(yè)化還面臨很大的挑戰(zhàn)，需要更多科學(xué)家的努力和投入才能實(shí)現(xiàn)。
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