中國(guó)科學(xué)家研制出了一種鈦酸鋰正極和石墨負(fù)極雙離子電池。他們的研究集中在由于材料的低比容量而產(chǎn)生的一些困難上，并且他們的裝置展示了鈦酸鋰電池的領(lǐng)先性能。
深圳先進(jìn)技術(shù)研究院牽頭的一個(gè)集團(tuán)——中國(guó)科學(xué)院（CAS）——制造鈦酸鋰電池110毫安時(shí)每克的比容量和3 V的放電電壓，以及充電700次后保留100％的能力。根據(jù)中科院的說(shuō)法，這使它躋身于文獻(xiàn)報(bào)道的最佳雙離子電池之列。
該電池由鈦酸鋰陽(yáng)極和石墨陰極組成，但研究人員沒(méi)有提供電解質(zhì)材料的細(xì)節(jié)。
鈦酸鋰電池是消除能源儲(chǔ)能供應(yīng)鏈中稀有、昂貴和破壞環(huán)境的材料，特別是鈷和鎳的途徑之一。
CAS指出，這種電池迄今為止由于正極和負(fù)極的不匹配特性而受到限制，并試圖通過(guò)使用3D多孔結(jié)構(gòu)和在其設(shè)備中植入碳納米膜來(lái)克服這些問(wèn)題。這些都是通過(guò)一系列的新過(guò)程集成的，包括分子耦合，冷凍干燥和熱解。
科學(xué)家們描述了他們的方法“用三維多孔結(jié)構(gòu)將碳納米膜原位植入鈦酸鋰作為高性能雙離子電池的快速動(dòng)力學(xué)陽(yáng)極”，該方法最近發(fā)表在《化學(xué)工程》上。該小組表示，多孔結(jié)構(gòu)顯著提高了電池的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，而雙離子結(jié)構(gòu)利用更快的動(dòng)力學(xué)來(lái)提高比容量。
鈦酸鋰（LTO）陽(yáng)極與石墨陰極配對(duì)的雙離子電池（DIB）具有環(huán)保，出色的循環(huán)穩(wěn)定性和良好的安全性，因此在儲(chǔ)能應(yīng)用中具有吸引力。然而，鈦酸鋰－雙離子電池的比容量仍然相對(duì)較低，這歸因于石墨陰極與鈦酸鋰陽(yáng)極之間由于鈦酸鋰的低電導(dǎo)率而導(dǎo)致的失配反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
在這項(xiàng)工作中，研究人員提出了一種通過(guò)結(jié)合有機(jī)分子偶聯(lián)，冷凍干燥和熱解過(guò)程，將碳納米膜原位注入鈦酸鋰復(fù)合材料并同時(shí)形成3D多孔結(jié)構(gòu)的策略。
因此，鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)顯著提高。此外，構(gòu)建了將這種快速動(dòng)力學(xué)的鈦酸鋰與環(huán)保的膨脹石墨（EG）陰極相結(jié)合的雙離子電池配置，它具有高的比容量，良好倍率能力，長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性以及在700次循環(huán)后100％的容量保持率，是所報(bào)道的雙離子電池的最佳循環(huán)性能。
中科院稱(chēng)，深圳研發(fā)的這種設(shè)備是使用鈦酸鋰化學(xué)物質(zhì)的性能最好的全電池之一。該研究院計(jì)劃繼續(xù)在這一領(lǐng)域開(kāi)展工作，因?yàn)樗@示了在高度安全和環(huán)保的能源儲(chǔ)能應(yīng)用方面的巨大潛力。
