國(guó)外大學(xué)研發(fā)出納米硒－碳復(fù)合材料制成的電極片提升電池容量 并可快速充電

電動(dòng)汽車和其他移動(dòng)設(shè)備可以使用快速充電電池，在很小的空間內(nèi)存儲(chǔ)大量的能量。據(jù)外媒報(bào)道，克拉克森大學(xué)的團(tuán)隊(duì)為此類電池設(shè)計(jì)電極。他們采用新合成技術(shù)，生產(chǎn)由納米硒-碳復(fù)合材料制成的電極片，新正極具有可充電電池必需的電氣和機(jī)械性能。 這是高能量密度電池設(shè)計(jì)的新范例，采用硒浸漬單片碳，作為高體積能量鋰和鈉金屬電池的獨(dú)立正極。新電極為電池設(shè)計(jì)帶來(lái)三大優(yōu)勢(shì)，在很小的空間內(nèi)存儲(chǔ)大量能量、電池很耐用、充電很快。這些是電動(dòng)車等移動(dòng)電池應(yīng)用的重要因素。

(圖源：克拉克森大學(xué))

目前，科學(xué)文獻(xiàn)中重點(diǎn)關(guān)注的是電池的比能量(單位重量的能量)。但是，對(duì)于汽車和其他移動(dòng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，能量密度(單位體積的能量)才是應(yīng)該首先考慮的因素。該項(xiàng)研究提出全新電池材料設(shè)計(jì)方法，解決這一未被充分認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵因素，從根本上背離現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)。與制造傳統(tǒng)的納米結(jié)構(gòu)高比表面積多孔電極相比，這項(xiàng)工作采取相反的方法，創(chuàng)建致密無(wú)孔的單片電極片材。該片材是機(jī)械性自支撐，可能完全不需要正極集電器，進(jìn)一步減少電池體積。在汽車和電網(wǎng)應(yīng)用中，硒金屬電池正在成為傳統(tǒng)離子電池的高能替代品。

按體積計(jì)算，新型電池正極(由硒和碳構(gòu)成的致密結(jié)構(gòu))的能量是多孔硒材料的兩倍。由于硒碳電極在內(nèi)部保持納米結(jié)構(gòu)，其充電速度和電池可循環(huán)性(電極損壞前的充電次數(shù))均表現(xiàn)優(yōu)異。硒碳電極的體積密度相對(duì)較高，為2.37g/cc，理論電荷容量(體積容量)達(dá)到1121mah/cc。對(duì)于鋰(Li)存儲(chǔ)，該正極提供1028 mah/cc的可逆容量，在300次充放電循環(huán)后保持82%的容量。

新電極的體積能量密度無(wú)與倫比，Li-Se為1,727 Wh / L(商用鋰離子電池為770 Wh / L)，Na-Se為980 Wh / L，兩者的總復(fù)合體積相當(dāng)。在不同充電速率下，隨著電流密度的增加，均能夠維持超過(guò)60%的容量，使其成為大功率電池系統(tǒng)和汽車快速充電應(yīng)用的理想選擇。