目前電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展迅速，但鋰離子電池充電速度慢依然是個(gè)問(wèn)題。為了使電池具有快充能力，長(cháng)期以來(lái)研究人員致力于增強電解液傳質(zhì)(mass transfer)和電極中的電荷傳遞，尤其是前者。
(圖片來(lái)源：ACS)
據外媒報道，日本先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所(JAIST)的研究人員展示了一種新方法，利用粘結劑材料來(lái)促進(jìn)鋰離子嵌入活性材料，從而實(shí)現快速充電。粘結劑材料可以改善脫溶鋰離子在固體電解質(zhì)界面(SEI)和負極材料內的擴散，從而實(shí)現高電導率、低阻抗和良好的穩定性。
研究人員Noriyoshi Matsumi和Rajashekar Badam教授表示：“目前的策略是使用生物衍生硼酸鋰聚合物作為水性聚電解質(zhì)粘合劑，從而增強電極內的電荷轉移，比如使石墨負極顯示出快速充電能力。”
Matsumi教授表示：“該粘合劑材料包括高度可解離的硼酸鋰，可以促進(jìn)鋰離子在負極基質(zhì)中擴散。此外，這種粘結劑可以形成有機硼SEI。與普通電池相比，這類(lèi)SEI顯示出的界面電阻非常低。”
硼化合物(如粘結劑中的四配位硼和富硼SEI)的作用是，通過(guò)降低在SEI處鋰離子從溶劑鞘中解溶的活化能，幫助鋰離子脫溶。此外，在高擴散和低阻抗的情況下，可以降低界面處與電荷轉移相關(guān)的過(guò)電位。JAIST的Anusha Pradhan博士表示：“這是實(shí)現超快充電的重要因素之一。
一般情況下，當充電速度超過(guò)鋰嵌入的速度時(shí)，石墨電極上會(huì )發(fā)生鋰電鍍。這是一個(gè)不受歡迎的過(guò)程，會(huì )導致電池壽命縮短，并影響快速充電能力。這項研究改善了離子在SEI上和電極內的擴散，限制鋰離子的濃差極化，因此石墨上沒(méi)有出現電鍍層。
在這項研究中，研究人員不僅提出了新策略，以實(shí)現極高倍率充電電池和降低界面電阻，而且使用了一種從咖啡酸中提取的生物聚合物?？Х人崾且环N植物性有機化合物，是可持續的材料來(lái)源。在電池中使用生物資源，有助于減少二氧化碳排放。Matsumi教授表示：“在未來(lái)的研究中，這種粘結劑還可以與高倍率充電活性材料相結合，從而實(shí)現協(xié)同效應，進(jìn)一步提高性能。”
隨著(zhù)深入研究電池性能，用戶(hù)可以期待更環(huán)保的能源使用方式，特別是在交通領(lǐng)域。Matsumi教授表示：“借助高倍率充電電池技術(shù)，人們可以享受電動(dòng)汽車(chē)和便利的移動(dòng)設備。因為使用可再生資源，可在較長(cháng)時(shí)間內保持產(chǎn)品可用性，而無(wú)需考慮化石資源的可用性和社會(huì )狀況。”
