希瑟漢密爾頓，特約作家

萊斯大學(xué)化學(xué)家詹姆斯圖爾最近開(kāi)發(fā)了由瀝青制成的多孔碳組成的陽(yáng)極，這種材料在 500 多次充放電循環(huán)后表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性。在每平方厘米 20 毫安時(shí)，該材料的高電流密度表明它具有用于需要高功率密度的快速充電和放電設(shè)備的潛力。

該研究可以在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊ACS Nano上找到，并且在鋰離子電池接近性能上限時(shí)來(lái)得正是時(shí)候。隨著鋰空氣和鋰金屬電池的開(kāi)發(fā)，Tour 的發(fā)現(xiàn)代表了一個(gè)重大的飛躍。

“這些電池的容量是巨大的，但同樣值得注意的是，我們可以在五分鐘內(nèi)將它們從零充電到完全充電，而不是其他電池通常需要兩個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，”圖爾說(shuō)。

以前，他的實(shí)驗(yàn)室使用未經(jīng)處理的瀝青衍生的硬瀝青來(lái)捕獲天然氣中的溫室氣體。然后，他們將瀝青與導(dǎo)電的石墨烯納米帶混合，并通過(guò)電化學(xué)沉積復(fù)合涂覆鋰金屬。陽(yáng)極與硫化碳陰極結(jié)合制成全電池，具有1322瓦/千克的高功率密度和943瓦時(shí)/千克的高能量密度。

圖片由萊斯大學(xué)提供：含有石墨烯納米帶和鋰的瀝青（左）與不含鋰的相同材料（右）。

測(cè)試后，研究人員注意到碳可以減輕鋰枝晶的形成，鋰枝晶會(huì)滲透到電池中的電解質(zhì)中。如果它們?nèi)肭值米銐蜻h(yuǎn)，它們就會(huì)使陽(yáng)極和陰極短路，從而導(dǎo)致電池發(fā)生故障、爆炸或著火。方便地，在瀝青衍生的碳存在下不會(huì)形成枝晶。

此前，Tour 注意到石墨烯和碳納米管也能阻止枝晶的形成，但表示新的復(fù)合材料要簡(jiǎn)單得多。

“雖然前者和這種新型電池的容量相似，接近鋰金屬的理論極限，但新的瀝青衍生碳可以在單位面積上吸收更多的鋰金屬，而且制造起來(lái)更簡(jiǎn)單、更便宜， ”圖爾說(shuō)。“沒(méi)有化學(xué)氣相沉積步驟，沒(méi)有電子束沉積步驟，也不需要從石墨烯中生長(zhǎng)納米管，因此制造大大簡(jiǎn)化。”

萊斯大學(xué)的研究生王拓是該論文的第一作者。Rodrigo Villegas Salvatierra、Almaz Jalilov 和 Jian Tian 共同撰寫(xiě)了這項(xiàng)研究。

審核編輯 黃昊宇