深圳先進(jìn)院等研發(fā)出新型高效低成本儲(chǔ)能電池

　　近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港城市大學(xué)教授李振聲經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間努力，成功研發(fā)出一種全新的高效、低成本儲(chǔ)能電池。相關(guān)論文A Novel Aluminum–Graphite Dual-Ion Battery（《一種新型鋁—石墨雙離子電池》）在線發(fā)表于能源材料期刊Advanced Energy Materials上（DOI: 10.1002/aenm.201502588），并已申請(qǐng)2項(xiàng)PCT專(zhuān)利（PCT/CN2015/096887；PCT/CN2015/099967）和1項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)枺?01510856238.9)。

　　鋰離子電池已成為便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、可再生能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的主要能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備。全球?qū)︿囯姷男枨笠悦磕?.7%的速度增長(zhǎng)，其市場(chǎng)到2019年將達(dá)到1200億美元（據(jù)美國(guó)弗里多尼亞集團(tuán)市場(chǎng)調(diào)查）。由于受到正負(fù)極材料理論比容量較低的限制，目前商用鋰離子電池的能量密度僅為100-150 Wh/kg，并且制造成本較高，越來(lái)越難滿足電子智能終端產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域?qū)Ω吣芰棵芏?、低成本?chǔ)能器件的性能要求。此外傳統(tǒng)鋰離子電池的電極材料含有有毒金屬，電池廢棄會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。

　　為突破現(xiàn)有電池技術(shù)瓶頸，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員張小龍、張帆經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研發(fā)，成功研制出一種全新的鋁—石墨雙離子電池（AGDIB）。這種新型AGDIB電池采用廉價(jià)且易得的石墨替代傳統(tǒng)鋰電中高成本且含重金屬的過(guò)渡金屬氧化物或磷酸鐵鋰作為電池正極材料；采用鋁箔同時(shí)作為電池負(fù)極材料和負(fù)極集流體；以常規(guī)鋰鹽和碳酸脂溶劑為電解液。該電池工作原理有別于傳統(tǒng)鋰離子電池，充電過(guò)程中，正極石墨發(fā)生陰離子插層反應(yīng)，而鋁負(fù)極發(fā)生鋁-鋰合金化反應(yīng)，放電過(guò)程則相反。這種新型反應(yīng)機(jī)理不僅顯著提高了電池的工作電壓（3.8-4.6V），同時(shí)大幅降低電池的質(zhì)量、體積及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度。

　　初步估算該類(lèi)型電池的全電池質(zhì)量能量密度和體積能量密度將高達(dá)約222 Wh/kg。500Kg重量的AGDIB電池的續(xù)航里程可達(dá)到約550公里。與傳統(tǒng)的鋰電技術(shù)相比，這種電池具有明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅生產(chǎn)成本降低約40-50%，同時(shí)能量密度提高至少1.3-2.0倍。若這種鋁-石墨電池成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將大幅提升現(xiàn)有便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)以及新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用性能。不過(guò)，目前該電池技術(shù)還有待優(yōu)化，比如需要進(jìn)一步提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性等。

　　該項(xiàng)研究得到廣東省創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

新型鋁-石墨雙離子電池結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖