可充電鋁離子電池由於低成本, 高安全性, 鋁金屬負極的高容量等優點, 在新一代能源系統中頗具前景. 充電5分鐘, 通話2小時的廣告, 對鋁離子電池來說, 不過是小菜一碟.
圖1. 超快速充電的鋁離子電池
問題在於: 鋁離子電池正極材料容量較低, 而且使用壽命短, 比率放電能力不強, 是鋁離子電池實現商業化的重要阻礙.
有鑒於此, 浙江大學高超課題組開發了一種高品質特殊結構石墨烯正極材料, 構建了超高性能的鋁離子電池.
圖2. 石墨烯正極材料設計
研究人員首先通過流延塗布或濕法紡絲技術的氧化石墨烯薄膜液晶溶液製備氧化石墨烯膜, 然後通過化學還原和高溫退火, 製備得到還原氧化石墨烯膜.
還原氧化石墨稀膜的高度組裝, 賦予其高度取向結構, 可保證高的力學強度和楊氏模量. 高溫退火和伴隨的氣體壓力確保了無缺陷高品質和高通道結構, 可實現更高的容量, 連續的電子傳遞, 連續的離子擴散和連續的電解質透過性, 以及反應液和電解質之間更快的氧化還原反應.
圖3 石墨烯正極材料的結構表徵
這種正極在400 A g-1 (1.1 s) 超高電流密度下迴圈25萬次, 還能實現120 mAh g-1的比容量, 容量保持率高達91.7%. 同時, 在400 A g-1 (1.1 s) 電流密度下, 比率放電能力達到111 mAh g−1. 在比率放電能力和迴圈性能上, 打破了記錄.
圖4 石墨烯正極材料的電化學性能
圖5. 鋁-石墨烯電池性能
基於這種正極材料組裝的Al-石墨烯電池可在-40-200℃的全天候溫度條件下正常工作, 並且具有良好的柔性, 可滿足1萬次的摺疊, 適用於各種可穿戴電子器件.
總之, 這項研究為超級電池研究指明了新的道路!
