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，能在極短時(shí)間內(nèi)充滿電，在零下40℃到120℃的溫度范圍內(nèi)都能正常工作。這項(xiàng)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(dú)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(xiàn)在主流的鋰電池和超級電容器相抗衡的遠(yuǎn)景十分看好。相關(guān)論文日前發(fā)表于國際著名期刊《科學(xué)進(jìn)展》。

“電池的容量，表現(xiàn)出來就是其續(xù)航能力。一般電池隨著反復(fù)充放電，電容量會不斷降低，這就是我們說的‘不耐用’。”高超說，“鋁-石墨烯電池在這一點(diǎn)上則表現(xiàn)優(yōu)異。這種電池經(jīng)歷25萬次充電—放電循環(huán)，充放電效率仍高達(dá)91%，容量損失很小。”也就是說，如果智能手機(jī)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(xiàn)為在大電流下可以快速充電，同時(shí)保持較高的比電容量。“現(xiàn)在一些智能手機(jī)也有快充功能，看似電池很快充滿了，實(shí)際續(xù)航時(shí)間并不長。”高超說，而這種新型電池現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)是1.1秒就能充滿電，比電容量損失輕微。“未來如果用到手機(jī)上，充電5秒鐘通話2小時(shí)是完全可能的。”

“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(yuǎn)超鋰電池。在能量密度上雖和鋰電池尚有差距，但明顯超過超級電容器。”高超說，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(xiàn)出了特定的優(yōu)勢，可以稱為“超級電池”。

鋁-石墨烯電池還有一些當(dāng)前其他電池?zé)o可匹敵的特性。低溫至零下40℃，鋁-石墨烯電池仍能穩(wěn)定充放電1000次，高溫至100℃，穩(wěn)定充放電45000次，即使電芯暴露于火焰中也不會起火或爆炸。這一寬溫度使用范圍為將來鋁離子電池在極端溫度條件下的使用打下了基礎(chǔ)。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(xiàn)出在可穿戴柔性電子器件中的應(yīng)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)異的微觀結(jié)構(gòu)及其表現(xiàn)出的宏觀效能。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(fù)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)量無晶格缺陷、高度取向、擁有連續(xù)孔道，就像四通八達(dá)的高速公路，讓電子和離子暢行無阻。