9分钟充电至80% 研究人员开发新型锂离子电池电催化策略
盖世汽车讯 据外媒报道,中美研究团队开发出创新锂离子电池(LIB)固态电催化策略,超越了以往将电催化限制在液固和气固界面的范式。这项研究发表在期刊《Journal of the American Chemical Society》上。
(图片来源:中国科大)
在锂离子电池中,通过合金化反应来储存锂离子的阳极材料(例如硅和磷),比传统石墨阳极具有更高的比容量,因此得到了广泛使用。但是,这些阳极材料中缓慢的锂化动力学,限制了锂离子电池的快速充电性能。
此外,在阳极材料的锂合金化反应过程中,反应物和产物均处于固相状态,缺少常规电催化所需要的两相界面。因此,人们迫切需要探索固态反应中的电催化作用。
为了解决这一挑战,该团队采用异质原子掺杂方法,尤其是将硼用于硅,硫用于磷,以加速固态电极材料中的锂合金化反应。理论计算和X射线吸收光谱表明,临界杂原子掺杂浓度(1~5原子%)可以为阳极材料的合金化反应提供高活性位点,从而促进固有化学键断裂。这种掺杂位点处的键裂导致阳极材料不断分裂成更小的结构单元,从而产生更多的反应位点,并增强反应动力学。
该团队将这一策略成功应用于创建超快速充电电池,其中包含硫掺杂黑磷(S/bP)阳极和钴酸锂(LCO)阴极。这种电池表现出卓越的性能,可在9分钟内充电至80%,并且能量密度达到302 Wh kg-1,超过以往报告过的LIB。此外,这种超快速充电表现可以在300多次循环中保持稳定。
该研究有助于实现固态反应中的电催化作用,这标志着高能快充电池技术迈出了关键一步,具有巨大的工业应用潜力。该研究由中国科学技术大学的季恒星教授和武晓君教授领导,美国加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)的段镶锋教授团队合作进行。
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