鋰離子電池在幾分鐘內(nèi)充電70%的新突破

鋰離子電池是人們非常熟悉的電子產(chǎn)品，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車(chē)等產(chǎn)品中。但鋰離子電池也有充電時(shí)間長(zhǎng)、壽命短的名聲。最近，新加坡南洋理工大學(xué)(nanyangtechnologicaluniversity)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新型快速充電電池。這種電池可以在兩分鐘內(nèi)充滿(mǎn)70%的電量，并且可以使用20年，是當(dāng)時(shí)電池使用時(shí)間的10倍。

鋰離子電池重要由正極信息(如鋰鈷氧)、電解質(zhì)和負(fù)極信息(如石墨)組成。充電時(shí)，鋰離子從陽(yáng)極鋰鈷氧晶格中析出，通過(guò)電解液嵌入片狀石墨中。鋰離子在放電過(guò)程中從片狀石墨晶格中逸出，經(jīng)過(guò)電解液后嵌入到鋰鈷氧中。在充放電過(guò)程中，鋰離子在正極和負(fù)極之間來(lái)回運(yùn)輸，因此鋰離子電池也被稱(chēng)為搖椅電池。近年來(lái)，科學(xué)家們一直在開(kāi)發(fā)新的鋰離子電池，尤其是高容量的鋰硫電池、鋰氧電池和納米硅電池，但由于其組成混亂、成本高、使用壽命短等原因，很多效果并沒(méi)有得到推廣。

傳統(tǒng)的鋰離子電池不能快速充電，重要是由于石墨電極的安全特性。當(dāng)電池工作時(shí)，在電極表面形成固體電解質(zhì)膜，阻擋了鋰離子的腳步，降低了鋰離子的運(yùn)輸速度。這種新型鋰離子電池的不同尋常之處在于，它使用超長(zhǎng)的二氧化鈦納米管凝膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨材料作為陰極。這種新材料不形成電解質(zhì)膜，而且鋰離子可以快速嵌入，實(shí)現(xiàn)快速充電。由于一維二氧化鈦納米凝膠的特殊結(jié)構(gòu)，新電池在使用壽命方面取得了突破，其循環(huán)次數(shù)達(dá)到了數(shù)萬(wàn)次。假定一天的費(fèi)用，可以使用20多年。而且，本研究采用的二氧化鈦(俗稱(chēng)鈦白粉)材料成本低，易于加工，電池重復(fù)性好，可靠性高，并可與現(xiàn)有技術(shù)無(wú)縫對(duì)接，其工業(yè)應(yīng)用前景十分廣闊。

鋰離子電池在20世紀(jì)70年代被引入，索尼在1991年公布了第一款商用鋰離子電池，重新發(fā)明了消費(fèi)電子產(chǎn)品。鋰離子電池雖然得到了廣泛的應(yīng)用，但其電池壽命和使用壽命并沒(méi)有得到有效的突破，這也制約了電動(dòng)汽車(chē)等行業(yè)的快速發(fā)展。這一新突破可能對(duì)許多領(lǐng)域出現(xiàn)廣泛影響。在移動(dòng)設(shè)備中，新的電池可以防止一些電子設(shè)備的強(qiáng)制屏蔽。電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域也將大大受益,不僅因?yàn)榭梢钥s短充電時(shí)間從幾小時(shí)到幾分鐘,還因?yàn)橛脩?hù)不要經(jīng)常改變昂貴的電池組(成本約為10000美元),這為進(jìn)一步推廣電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)了益處。

然而，當(dāng)時(shí)鋰離子電池的發(fā)展面對(duì)著瓶頸:假如要提高容量，就必須犧牲充電速度和循環(huán)壽命，很難保持較高的容量。在未來(lái),更換電池,一方面,要推進(jìn)安全功能,如固體半固態(tài)電解質(zhì)的研究,另一方面,要加快研究和開(kāi)發(fā)大容量正極數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)突破,鋰離子電池的能量密度。綜上所述，電池的正負(fù)極與電解液數(shù)據(jù)要協(xié)同工作，才能在形式、容量等方面取得更大的進(jìn)步。