沥青有助于在五分钟内为锂电池充满电

希瑟汉密尔顿，特约作家

莱斯大学化学家詹姆斯图尔最近开发了由沥青制成的多孔碳组成的阳极，这种材料在 500 多次充放电循环后表现出高度的稳定性。在每平方厘米 20 毫安时，该材料的高电流密度表明它具有用于需要高功率密度的快速充电和放电设备的潜力。

该研究可以在美国化学学会期刊ACS Nano上找到，并且在锂离子电池接近性能上限时来得正是时候。随着锂空气和锂金属电池的开发，Tour 的发现代表了一个重大的飞跃。

“这些电池的容量是巨大的，但同样值得注意的是，我们可以在五分钟内将它们从零充电到完全充电，而不是其他电池通常需要两个小时或更长时间，”图尔说。

以前，他的实验室使用未经处理的沥青衍生的硬沥青来捕获天然气中的温室气体。然后，他们将沥青与导电的石墨烯纳米带混合，并通过电化学沉积复合涂覆锂金属。阳极与硫化碳阴极结合制成全电池，具有1322瓦/千克的高功率密度和943瓦时/千克的高能量密度。

图片由莱斯大学提供：含有石墨烯纳米带和锂的沥青（左）与不含锂的相同材料（右）。

测试后，研究人员注意到碳可以减轻锂枝晶的形成，锂枝晶会渗透到电池中的电解质中。如果它们入侵得足够远，它们就会使阳极和阴极短路，从而导致电池发生故障、爆炸或着火。方便地，在沥青衍生的碳存在下不会形成枝晶。

此前，Tour 注意到石墨烯和碳纳米管也能阻止枝晶的形成，但表示新的复合材料要简单得多。

“虽然前者和这种新型电池的容量相似，接近锂金属的理论极限，但新的沥青衍生碳可以在单位面积上吸收更多的锂金属，而且制造起来更简单、更便宜， ”图尔说。“没有化学气相沉积步骤，没有电子束沉积步骤，也不需要从石墨烯中生长纳米管，因此制造大大简化。”

莱斯大学的研究生王拓是该论文的第一作者。Rodrigo Villegas Salvatierra、Almaz Jalilov 和 Jian Tian 共同撰写了这项研究。

审核编辑 黄昊宇