以石墨烯為電極的鋁離子電池的研究

 

電化學儲能技術是解決電動汽車和可再生能源并網發(fā)電的關鍵技術。以有機溶劑為電解質的鋰離子電池具有能量密度優(yōu)勢，但存在安全隱患，鋰資源有限。而水系統(tǒng)非鋰離子電池(如鈉離子、鉀離子、鋅離子、鎂離子等)則具有安全性高、成本低的優(yōu)點，在儲能領域具有重要的應用前景。自2013年以來,寧波的動態(tài)鋰電池工程實驗室信息技術與工程研究所,中國科學院前瞻性地提出了研究新概念non-lithium離子電池的電池,并取得了一系列的進展新概念上的基礎研究離子電池的水系統(tǒng)。然而，河流離子電池的循環(huán)壽命相對有限，一般小于1000倍，難以滿足大規(guī)模儲能的需要。

 

由美國hongjie dai,斯坦福大學教授在2015年自然(2015、520、324)報道,激發(fā)了一種新型的鋁離子電池、動力鋰電池由寧波信息工程實驗室開放石墨烯電極鋁離子電池進行討論,在這工作,科研人員選擇靈活的陽極,多層石墨烯的生產金屬作為陽極,鋁離子液體作為電解液,超長循環(huán)壽命，高性能2v鋁離子電池。結果表明，二維片狀石墨陽極的厚度(層數(shù))和橫向尺度對AlCl4離子的包埋行為有重要影響。與片狀石墨相比有1000層,多層石墨烯的層數(shù)是非常小(小于10層),可顯著降低活化能AlCl4 -離子嵌入和擴散,使電池具有超高乘數(shù)性能,所以充電和放電可能在1分鐘之內完成。另一方面,多層石墨烯的電極由一個更大的規(guī)模有更好的靈活性和石墨化程度,和更寬容的重復插入和刪除AlCl4 -離子,然后允許電池執(zhí)行循環(huán)壽命極長,幾乎沒有衰減能力10000年之后充電和放電周期。此外，通過一系列精細表征，研究工作進一步揭示了AlCl4-離子在二維石墨如多層石墨烯、石墨等正極數(shù)據(jù)中的插層化學機制，即插層離子誘導四階和五階結構變化的機制。研究工作不僅對鋁離子電池中石墨正極數(shù)據(jù)的選擇具有重要的指導意義，而且對開發(fā)實用的石墨烯基新型長壽命儲能電池具有重要的學術價值。

 

上述研究工作得到了中國科學院的關鍵部署項目(kgzd-ew-t08-2),該計劃促進青年的中國科學院(2017341),國家自然科學基金(51404233)和浙江省自然科學基金(LY15B030004)。