用瀝青打造新電池？充電速率要快10到20倍

北京時間10月9日消息，據國外媒體報道，美國萊斯大學的科學家表示，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。這種新材料由美國萊斯大學的科學家開發，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。

化學家詹姆斯·托爾（James Tour）的實驗室採用瀝青中多孔的碳製成陽極，在超過500次充電和放電循環後依然顯示出異乎尋常的穩定性。這種電池每平方厘米的電流密度高達20毫安，表明它在要求高功率密度的快速充電—放電設備中具有不錯的應用前景。這項研究的結果發表在美國化學學會的《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分鐘內從0電量充到滿格，而不是像其他電池那樣需要兩小時甚至更長時間，」詹姆斯·托爾說道。此前，托爾的實驗室採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電性的石墨烯納米帶（graphene nanoribbons）混合，通過電化學沉積作用將鋰金屬覆蓋在混合物表面。

接下來，研究人員將瀝青製成的陽極與硫化碳陰極組合成完整的電池，進行測試。結果表明，這種電池具有高達每千克1322W的功率密度，和每千克943Wh的能量密度。

測試結果還揭示出該電池另一個顯著的優勢：碳能夠減緩鋰電池中樹枝狀結晶的產生。這些結晶會侵入電池的電解質中，如果延伸太長，就會導致短路，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晶的形成。

托爾的實驗室在此前的一個項目中發現，用石墨烯和碳納米管製成的陽極也能阻止樹枝狀結晶的形成。對此托爾表示，新的材料配方更加簡單。

「雖然前一個電池和現在新電池的容量差不多，都接近鋰金屬的理論極限，但是新電池中來自瀝青的碳每單位面積能吸收更多的鋰金屬，並且在製作上更加方便和低價，」托爾說，「新方法沒有化學氣相沉積的步驟，沒有電子束沉積步驟，而且不需要從石墨烯中製取納米管，因此製作過程大大簡化。」

目前，包括特斯拉、高通等許多科技公司也在開發能快速充電的技術。隨著人們對電池的需求越來越高，快速充電已經成為許多人關注的問題。電池性能的提升將大大提高人們工作和生活的效率，想像一下，如果手機和筆記本能像汽車加油一樣快速充滿電能，那將帶來怎樣的改變。

來源 新浪科技

編輯 何濤

編審 楊韜

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