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中科院唐永炳团队突破双离子电池能量密度限制,距离替代锂电池又近一步

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 olivia chan • 2021-03-23 18:59:16 来源:前瞻网 E3320G0

目前新能源汽车的动力电池多为锂电池,不仅制造成本高,且废弃的锂电池会造成严重的环境问题。为了摆脱对锂电池的依赖,中科院深圳先进技术唐永炳团队发明了一种新型高密度能量铝-石墨双离子电池技术(Dual‐ion batteries, DIBs),不仅显著提高电池的工作电压,同时还大幅降低电池的重量、体积以及制造成本,从而全面提升了电池的能量密度,从而提高电池的续航时间。

尽管具有许多优点,但石墨正极较低的阴离子插层容量限制了双离子电池的能量密度提升,使得双离子电池存在能量密度有限的问题。

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近日,唐永炳及其团队,联合澳大利亚格里菲斯大学教授张山青等,提出了一种局域有序石墨化策略,显著提升了双离子电池正极容量和动力学性能。

量子力学模型表明,在深充电阶段,强阴离子斥力和严重的膨胀提高了阴离子夹层电压,因此石墨中的阴离子存储位点只有部分理论上的阴离子可以进入。与无序碳互连的LOGC会削弱层间范德华相互作用,而无序碳不仅能使分散的纳米石墨互连,还能部分缓冲严重的阴离子斥力,并提供额外的电容阴离子存储位点。作为概念验证,团队采用带有LOGC的酮黑(KB)作为钾基DIB(KDIB)的模型阴极。

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(图片摘自论文)

研究结果显示,KDIB在50 mA g-1时能提供232 mAh g-1的空前高比容量,在2000 mA g-1时能提供110 mAh g-1的良好速率能力,并具有1000次循环的优异循环稳定性,没有明显的容量衰减。这一成果为发展高容量双离子电极材料提供了有效的解决策略。

论文链接:

https://doi.org/10.1002/anie.202016233


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