安徽网|中国科大两项科研成果同时在《科学》杂志刊发安徽网大皖客户端讯记者从中国科大获悉

安徽网大皖客户端讯采访人员从中国科大获悉,北京时间10月9日凌晨两点,中国科学技术大学季恒星教授团队和赵忠教授团队的两项科研成果在国际顶尖杂志《科学》上刊发,两个科研成果分别是新型电极材料助力锂电子电池快充技术,以及科学家发现植物干细胞广谱抗病毒机制。
成果一)电动汽车未来可在10分钟左右充满电
电动汽车愈发受到市场青睐,但漫长的充电时间也让人望而却步。传统燃油汽车仅需五分钟即可满油增程500 公里,而目前市售最先进的电动汽车则需要“坐等”充电一小时才能达到同样的增程效果。发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是该行业的重要目标。采访人员了解到,一项最新研究突破使该目标更加接近。中国科学技术大学季恒星教授研究组与合作者们在新型锂离子电池电极材料研究方面取得重大突破:全新设计的黑磷复合材料使兼具高容量、快速充电且长寿命的锂离子电池成为可能,该成果在《科学》发表。
通过碳磷共价键连接在一起的黑磷复合材料具备更加稳定的结构和更高的锂离子传输能力。美术设计:董逸涵,石千惠,梁琰
【安徽网|中国科大两项科研成果同时在《科学》杂志刊发】黑磷复合材料达到性能上的突破
季教授介绍,他们的研究结果是关于一款用在锂离子电池当中的新型电极材料。大家对于锂离子电池都不陌生 ,它是一款改变了人们生活方式的发明。人们希望手机越来越轻薄,而决定手机是否轻薄的一个关键因素,就是电池的体积和重量。人们希望电动汽车充电的时间和燃油车加油的时间相当。但目前最好的技术,让电动汽车充满电的时间也在一个小时左右,达不到我们对于这些产品性能上的预期。
如果想提高电池充电的速度,就需要一款充电的电化学反应速度很快的材料。其中一个非常重要的判断标准就是电极材料传导电子和离子的能力是否够强。 “我们希望能够发现一款既能在综合性能指标方面给行业以期待 ,又能适应工业化电池生产流程的电极材料。 ”季恒星教授说。
论文第一作者金洪昌博士介绍:“能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池,因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键;另一方面,单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是一个重要因素。“
基于前人的研究,团队研究人员发现,黑磷是一个优异的选择。首先,它的理论容量非常高,仅次于单晶硅或金属锂。同时,作为一款半导体材料,它传导电子的能力也很强。另一方面,黑磷具有层状的结构,锂离子可以在黑磷片层的层间快速传导,这三方面的优异性质,让黑磷成为一款非常有潜力的、能够实现锂离子电池快充的电极材料。
但理想很丰满,现实比较骨感。目前一系列的研究报道发现,黑磷的综合性能指标跟预期有一定的差距。
为解决这样的问题,团队研究人员一方面把黑磷跟石墨通过碳磷共价键的方式连接在一起,使它的结构更加稳定,锂离子进入黑磷颗粒的过程更加容易,这样就极大地提高了原本可能受限的锂离子传导。另一方面,他们给这个复合材料穿上了一层衣服,让电极在周围充满电解液的环境下,界面更稳定,更适合锂离子的进入。在这两个层面的界面优化下,这款黑磷复合材料达到了性能上的突破。
十分钟左右充满电行驶五百公里
“我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明,电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量,2000次循环后仍可保持90%的容量。 ”共同第一作者,中国科学院化学研究所的辛森研究员介绍说,”如果能够实现这款材料的大规模生产,找到匹配的正极材料及其他辅助材料,并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计,将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。 ”
具备能量密度350瓦时/千克的锂离子电池能够使电动汽车的行驶里程接近1000千米,而特斯拉Model S满电后的行驶里程为650千米。而快速充电能力将使电动汽车的用户体验上升一个台阶。