浙江大學(xué)科學(xué)家用石墨烯膜作為正極材料，研發(fā)出一種新型的鋁-石墨烯電池。這種電池壽命超長(zhǎng)，能在極短時(shí)間內(nèi)充滿電，在零下40℃到120℃的溫度范圍內(nèi)都能正常工作。這項(xiàng)創(chuàng)新為鋁離子電池的實(shí)用化指出了重要方向。

鋁離子電池是一種優(yōu)秀的新型電池，其實(shí)用化的關(guān)鍵是找到合適的正極材料。浙大高分子系高超教授課題組選擇石墨烯這一神奇材料，以創(chuàng)新工藝制備成獨(dú)特的石墨烯膜作為正極材料，大大提升了鋁離子電池的整體性能，與現(xiàn)在主流的鋰電池和超級(jí)電容器相抗衡的遠(yuǎn)景十分看好。相關(guān)論文日前發(fā)表于國(guó)際著名期刊《科學(xué)進(jìn)展》。

“電池的容量，表現(xiàn)出來(lái)就是其續(xù)航能力。一般電池隨著反復(fù)充放電，電容量會(huì)不斷降低，這就是我們說(shuō)的‘不耐用’。”高超說(shuō)，“鋁-石墨烯電池在這一點(diǎn)上則表現(xiàn)優(yōu)異。這種電池經(jīng)歷25萬(wàn)次充電—放電循環(huán)，充放電效率仍高達(dá)91%，容量損失很小。”也就是說(shuō)，如果智能手機(jī)用上這種電池，每天哪怕充電10次，也能用上近70年。

這種鋁-石墨烯電池的倍率性能也非常優(yōu)異，表現(xiàn)為在大電流下可以快速充電，同時(shí)保持較高的比電容量。“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。“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。”

“鋁-石墨烯電池在倍率性能、循環(huán)壽命上不輸超級(jí)電容器，遠(yuǎn)超鋰電池。在能量密度上雖和鋰電池尚有差距，但明顯超過(guò)超級(jí)電容器。”高超說(shuō)，面對(duì)鋰電池和超級(jí)電容器這兩個(gè)對(duì)手，鋁-石墨烯電池分別表現(xiàn)出了特定的優(yōu)勢(shì)，可以稱為“超級(jí)電池”。

鋁-石墨烯電池還有一些當(dāng)前其他電池?zé)o可匹敵的特性。低溫至零下40℃，鋁-石墨烯電池仍能穩(wěn)定充放電1000次，高溫至100℃，穩(wěn)定充放電45000次，即使電芯暴露于火焰中也不會(huì)起火或爆炸。這一寬溫度使用范圍為將來(lái)鋁離子電池在極端溫度條件下的使用打下了基礎(chǔ)。這種電池還有很好的柔性，在10,000次彎折后容量完全保持，展現(xiàn)出在可穿戴柔性電子器件中的應(yīng)用潛力。

“超級(jí)電池”的優(yōu)異性能，源于作為正極材料的石墨烯膜優(yōu)異的微觀結(jié)構(gòu)及其表現(xiàn)出的宏觀效能。電池許多重要性能的優(yōu)異，取決于電子和離子能夠多大程度上順暢地在正負(fù)極之間流動(dòng)。相比其他的正極材料，高超課題組制備的石墨烯膜，高質(zhì)量無(wú)晶格缺陷、高度取向、擁有連續(xù)孔道，就像四通八達(dá)的高速公路，讓電子和離子暢行無(wú)阻。