鋰離子電池在幾分鐘內充電70%的新突破

鋰離子電池是人們非常熟悉的電子產品，現在廣泛應用于手機、筆記本電腦和電動汽車等產品中。但鋰離子電池也有充電時間長、壽命短的名聲。最近，新加坡南洋理工大學(nanyangtechnologicaluniversity)的一個團隊發(fā)明了一種新型快速充電電池。這種電池可以在兩分鐘內充滿70%的電量，并且可以使用20年，是當時電池使用時間的10倍。

鋰離子電池重要由正極信息(如鋰鈷氧)、電解質和負極信息(如石墨)組成。充電時，鋰離子從陽極鋰鈷氧晶格中析出，通過電解液嵌入片狀石墨中。鋰離子在放電過程中從片狀石墨晶格中逸出，經過電解液后嵌入到鋰鈷氧中。在充放電過程中，鋰離子在正極和負極之間來回運輸，因此鋰離子電池也被稱為搖椅電池。近年來，科學家們一直在開發(fā)新的鋰離子電池，尤其是高容量的鋰硫電池、鋰氧電池和納米硅電池，但由于其組成混亂、成本高、使用壽命短等原因，很多效果并沒有得到推廣。

傳統(tǒng)的鋰離子電池不能快速充電，重要是由于石墨電極的安全特性。當電池工作時，在電極表面形成固體電解質膜，阻擋了鋰離子的腳步，降低了鋰離子的運輸速度。這種新型鋰離子電池的不同尋常之處在于，它使用超長的二氧化鈦納米管凝膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨材料作為陰極。這種新材料不形成電解質膜，而且鋰離子可以快速嵌入，實現快速充電。由于一維二氧化鈦納米凝膠的特殊結構，新電池在使用壽命方面取得了突破，其循環(huán)次數達到了數萬次。假定一天的費用，可以使用20多年。而且，本研究采用的二氧化鈦(俗稱鈦白粉)材料成本低，易于加工，電池重復性好，可靠性高，并可與現有技術無縫對接，其工業(yè)應用前景十分廣闊。

鋰離子電池在20世紀70年代被引入，索尼在1991年公布了第一款商用鋰離子電池，重新發(fā)明了消費電子產品。鋰離子電池雖然得到了廣泛的應用，但其電池壽命和使用壽命并沒有得到有效的突破，這也制約了電動汽車等行業(yè)的快速發(fā)展。這一新突破可能對許多領域出現廣泛影響。在移動設備中，新的電池可以防止一些電子設備的強制屏蔽。電動汽車領域也將大大受益,不僅因為可以縮短充電時間從幾小時到幾分鐘,還因為用戶不要經常改變昂貴的電池組(成本約為10000美元),這為進一步推廣電動汽車帶來了益處。

然而，當時鋰離子電池的發(fā)展面對著瓶頸:假如要提高容量，就必須犧牲充電速度和循環(huán)壽命，很難保持較高的容量。在未來,更換電池,一方面,要推進安全功能,如固體半固態(tài)電解質的研究,另一方面,要加快研究和開發(fā)大容量正極數據,實現突破,鋰離子電池的能量密度。綜上所述，電池的正負極與電解液數據要協同工作，才能在形式、容量等方面取得更大的進步。