浙江大學(xué)科學(xué)家用石墨烯膜作為正極材料，研發(fā)出一種新型的鋁-石墨烯電池。這種電池壽命超長(cháng)，能在極短時(shí)間內充滿(mǎn)電，在零下40℃到120℃的溫度范圍內都能正常工作。這項創(chuàng )新為鋁離子電池的實(shí)用化指出了重要方向。
鋁離子電池是一種優(yōu)秀的新型電池，其實(shí)用化的關(guān)鍵是找到合適的正極材料。浙大高分子系高超教授課題組選擇石墨烯這一神奇材料，以創(chuàng )新工藝制備成獨特的石墨烯膜作為正極材料，大大提升了鋁離子電池的整體性能，與現在主流的鋰電池和超級電容器相抗衡的遠景十分看好。相關(guān)論文日前發(fā)表于國際著(zhù)名期刊《科學(xué)進(jìn)展》。
“電池的容量，表現出來(lái)就是其續航能力。一般電池隨著(zhù)反復充放電，電容量會(huì )不斷降低，這就是我們說(shuō)的‘不耐用’?！备叱f(shuō)，“鋁-石墨烯電池在這一點(diǎn)上則表現優(yōu)異。這種電池經(jīng)歷25萬(wàn)次充電—放電循環(huán)，充放電效率仍高達91%，容量損失很小?！币簿褪钦f(shuō)，如果智能手機用上這種電池，每天哪怕充電10次，也能用上近70年。
這種鋁-石墨烯電池的倍率性能也非常優(yōu)異，表現為在大電流下可以快速充電，同時(shí)保持較高的比電容量?！艾F在一些智能手機也有快充功能，看似電池很快充滿(mǎn)了，實(shí)際續航時(shí)間并不長(cháng)?！备叱f(shuō)，而這種新型電池現在的實(shí)驗室數據是1.1秒就能充滿(mǎn)電，比電容量損失輕微?！拔磥?lái)如果用到手機上，充電5秒鐘通話(huà)2小時(shí)是完全可能的?！?/p>
“鋁-石墨烯電池在倍率性能、循環(huán)壽命上不輸超級電容器，遠超鋰電池。在能量密度上雖和鋰電池尚有差距，但明顯超過(guò)超級電容器?！备叱f(shuō)，面對鋰電池和超級電容器這兩個(gè)對手，鋁-石墨烯電池分別表現出了特定的優(yōu)勢，可以稱(chēng)為“超級電池”。
鋁-石墨烯電池還有一些當前其他電池無(wú)可匹敵的特性。低溫至零下40℃，鋁-石墨烯電池仍能穩定充放電1000次，高溫至100℃，穩定充放電45000次，即使電芯暴露于火焰中也不會(huì )起火或爆炸。這一寬溫度使用范圍為將來(lái)鋁離子電池在極端溫度條件下的使用打下了基礎。這種電池還有很好的柔性，在10,000次彎折后容量完全保持，展現出在可穿戴柔性電子器件中的應用潛力。
“超級電池”的優(yōu)異性能，源于作為正極材料的石墨烯膜優(yōu)異的微觀(guān)結構及其表現出的宏觀(guān)效能。電池許多重要性能的優(yōu)異，取決于電子和離子能夠多大程度上順暢地在正負極之間流動(dòng)。相比其他的正極材料，高超課題組制備的石墨烯膜，高質(zhì)量無(wú)晶格缺陷、高度取向、擁有連續孔道，就像四通八達的高速公路，讓電子和離子暢行無(wú)阻。