革命性的锂离子电池技术有望使电动车续航能力提高10倍

革命性的锂离子电池技术有望使电动车续航能力提高10倍由浦项工科大学教授SoojinPark（化学系）和YounSooKim（材料科学与工程系）以及西江大学大学教授JaegeonRyu（化学与生物分子工程系）领导的研究小组开发了用于高容量阳极材料的带电聚合物粘合剂，该材料既稳定又可靠，提供的容量是传统石墨阳极的10倍甚至更高。这一突破是通过用硅阳极代替石墨，结合分层带电聚合物，同时保持稳定性和可靠性而实现的。该研究结果作为封面文章发表在《先进功能材料》杂志上。像硅这样的高容量阳极材料对于制造高能量密度的锂离子电池至关重要；它们可以提供至少10倍于石墨或其他现有阳极材料的容量。但存在的挑战是，高容量负极材料在与锂反应过程中的体积膨胀对电池的性能和稳定性构成了威胁，为了缓解这一问题，研究人员一直在研究能够有效控制体积膨胀的聚合物粘合剂。然而，迄今为止的研究仅仅集中在化学交联和氢键上。化学交联涉及粘合剂分子之间的共价键，使其成为固体，但有一个致命的缺陷：一旦断裂，键就无法恢复。另一方面，氢键是分子之间基于电负性差异的可逆的二次结合，但其强度（10-65千焦/摩尔）相对较弱。研究小组开发的新聚合物不仅利用了氢键，而且还利用了库仑力（正负电荷之间的吸引力）。这些力的强度为250千焦/摩尔，比氢键的强度高得多，但它们是可逆的，因此容易控制体积膨胀。高容量阳极材料的表面大多带负电，而分层带电的聚合物交替排列，带正负电，可以有效地与阳极结合。此外，该团队还引入了聚乙二醇来调节物理特性并促进锂离子的扩散，从而形成了锂离子电池中发现的厚实的高容量电极和最大的能量密度。SoojinPark教授解释说："这项研究有可能通过加入高容量的阳极材料来大幅提高锂离子电池的能量密度，从而延长电动汽车的行驶里程。硅基阳极材料有可能将驾驶里程提高至少10倍"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353187.htm

电动车6分钟充满？韩国科学家据报道研发出新型阳极材料

电动车6分钟充满？韩国科学家据报道研发出新型阳极材料通常，电动车充满电大约需要7至10小时。即使采用快速充电技术，仍然需要至少30分钟的时间，而且前提是充电站有空位。如果电动汽车的充电速度能够像传统燃气汽车加油一样快，那么电动汽车充电站的短缺问题将得到缓解。电动汽车中使用的锂离子电池的效率取决于其阳极材料存储锂离子的能力。近日，有媒体报道，韩国浦项科技大学化学工程系和黑色能源材料技术研究所的WonBaeKim教授带领研究团队开发了一种新型阳极材料。这一突破性技术将存储容量提高了理论极限约1.5倍，并使电动汽车能够在短短6分钟内完成充电。该研究因其卓越性而获得认可，并作为封面论文发表在《先进功能材料》杂志上。研究团队采用了一种新颖的自混合方法，通过一个简单的置换反应过程，合成了具有较大表面积的锰铁氧体纳米片。这种新型材料可以储存更多的锂离子，突破了其理论极限。在这项研究中，研究团队设计了一种新方法来合成锰铁氧体纳米片，这种材料既有优异的锂离子储能能力，又有良好的铁磁性。具体而言，他们首先在混合了锰氧化物和铁的溶液中进行了一次置换反应，形成了一个异质结构化合物，内部是锰氧化物，外部是铁氧化物。然后，团队利用水热法制备出厚度仅为纳米级的锰铁氧体纳米片。这种方法利用了高自旋极化的电子，显著提高了储存大量锂离子的能力。在这项研究中，研究小组设计了一种新的方法来合成锰铁氧体作为阳极材料，以其优越的锂离子存储容量和铁磁性而闻名。首先，在锰氧化物和铁的混合溶液中发生了电取代反应，生成了一种内部是锰氧化物，外部是铁氧化物的异质结构化合物。这项创新使得团队有效地超越了锰铁氧体阳极材料的理论容量50%以上。扩大阳极材料的表面积有利于大量锂离子的同时移动，从而提高了电池的充电速度。实验结果显示，只需要6分钟就可以为与目前市场上电动汽车相当容量的电池充满电。研究人员表示，这项研究简化了制备阳极材料的复杂过程，在提高电池容量和加快充电速度方面取得了突破性进展。这一团队表示：利用电子自旋改变表面的合理设计，克服传统阳极材料的电化学局限性，提高电池容量，这是一种新的认识。这一发展可能会提高电池的耐用性，缩短电动汽车的充电时间。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383997.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383997.htm

日企开发出4微米极薄铜箔 有望提高锂电续航

日企开发出4微米极薄铜箔有望提高锂电续航从事电镀加工的日本TEIKOKUION公司开发出了厚度为4微米的极薄铜箔。通过在树脂薄膜的两侧镀铜，增加了强度，将厚度降到了原来的一半。设想用作锂电池的电极材料，可延长纯电动汽车的续航里程。该公司使用厚度为2微米的PET薄膜，在两侧镀上了1微米的铜膜。中间不夹薄膜的纯铜箔一般厚度是8微米，如果做得更薄，强度就会下降，可能会破裂或断裂。该项目最近已被日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的开发项目采纳。希望在2025年度之前确立量产技术。在锂电池中获取电的集电体(负极)通常通过层叠铜箔来制造。如果铜箔变薄，能量密度就会提高，因此更容易提高电池的容量等性能或实现小型化。与纯铜箔相比，TEIKOKUION铜的使用量减半，因此电池的重量也会减轻。——

改进电极材料MXene有望开辟可充电电池技术的未来

改进电极材料MXene有望开辟可充电电池技术的未来研究人员利用激光脉冲增强了MXene的电极特性，从而在可充电电池技术方面取得了潜在的突破，有望超越传统的锂离子电池。随着全球社会转向太阳能和风能等可再生能源，对高性能可充电电池的需求也在不断增加。这些电池对于储存来自间歇性可再生能源的能量至关重要。虽然当今的锂离子电池很有效，但仍有改进的余地。开发新的电极材料是提高其性能的方法之一。ZahraBayhan正在开发含有MXenes的电池，由于MXenes具有出色的导电性，它可以在某些电池中替代石墨。图片来源：©2023KAUST;AnastasiaSerinMXene：一种前景广阔的电极材料阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员展示了如何利用激光脉冲改变一种被称为MXene的前景广阔的替代电极材料的结构，从而提高其能量容量和其他关键性能。研究人员希望这一策略能有助于在下一代电池中设计出更好的阳极材料。石墨含有扁平的碳原子层，在电池充电过程中，锂原子会存储在这些碳原子层之间，这一过程被称为插层。MXenes也含有可容纳锂的层，但这些层是由过渡金属（如钛或钼）与碳或氮原子结合而成的，这使得这种材料具有很强的导电性。这些层的表面还含有氧或氟等其他原子。基于碳化钼的MXenes具有特别好的锂存储能力，但在反复充放电循环后，其性能很快就会下降。了解KAUST研究人员如何帮助开发新一代可充电电池。来源：©2023KAUST;AnastasiaSerin解决性能退化问题由HusamN.Alshareef和博士生ZahraBayhan领导的研究小组发现，这种降解是由MXene结构中形成氧化钼的化学变化引起的。为了解决这个问题，研究人员使用红外激光脉冲在MXene内形成碳化钼的小"纳米点"，这个过程被称为激光刻划。这些纳米点宽约10纳米，通过碳材料连接到MXene的层上。这样做有几个好处。首先，纳米点为锂提供了额外的存储容量，并加快了充放电过程。激光处理还降低了材料中的氧含量，有助于防止形成有问题的氧化钼。最后，纳米点与层之间的牢固连接提高了MXene的导电性，并在充放电过程中稳定了其结构。这为调整电池性能提供了一种经济、快速的方法。ZahraBayhan和HusamAlshareef教授认为，激光划线可以作为一种通用策略来改善其他MXenes的性能。图片来源：©2023KAUST;AnastasiaSerin有希望的结果和未来应用用这种激光刻划材料制作的阳极在锂离子电池中进行了1000次充放电循环测试。值得注意的是，与未改性的MXene相比，添加了纳米点的这种材料的蓄电能力提高了四倍，几乎达到了石墨的理论峰值容量。此外，这种激光改性材料在整个测试阶段都保持了其全部容量。研究小组认为，激光划线可作为一种通用策略，用于改善其他MXene的性能。这有助于开发新一代充电电池，例如使用比锂更便宜、更丰富的金属。Alshareef解释说："与石墨不同，MXenes还能夹杂钠离子和钾离子。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385677.htm

NanoGraf创下硅阳极18650锂离子电池新纪录 能力密度增至810Wh/L

NanoGraf创下硅阳极18650锂离子电池新纪录能力密度增至810Wh/L总部位于芝加哥的NanoGrafTechnologies，刚刚宣布了能量密度高达810Wh/L（容量4.0Ah）的圆柱形18650锂离子电池。其实早在2021年，NanoGraf就已经公布800Wh/[email protected]的版本，但现在该公司又抵达了新的里程碑。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1329657.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1329657.htm

新的打底方法可提高电池容量达44%

新的打底方法可提高电池容量达44%莱斯大学乔治-R-布朗工程学院的科学家们已经开发出一种易于扩展的方法来优化预锂化，这是一个有助于减轻锂损失的过程，并通过用稳定的锂金属颗粒（SLMPs）涂抹硅阳极来改善电池的生命周期。QuanNguyen（左）、SibaniLisaBiswal和合作者开发了一种预lithiation技术，有助于提高带有硅阳极的锂离子电池的性能。莱斯大学化学和生物分子工程师SibaniLisaBiswal的实验室发现，用颗粒和表面活性剂的混合物喷涂阳极可使电池寿命提高22%至44%。含有更多涂层的电池单元最初取得了更高的稳定性和循环寿命。然而，也有一个缺点：当满负荷循环时，更多的颗粒涂层带来了更多的锂捕获，导致电池在随后的循环中更快地老化。这项研究发表在ACS应用能源材料上。在锂离子电池中用硅取代石墨将大大改善其能量密度--相对于重量和尺寸而言的能量储存量--因为由碳组成的石墨可以比硅容纳更少的锂离子。每一个锂离子需要六个碳原子，而仅仅一个硅原子就可以与多达四个锂离子结合。QuanNguyen是化学和生物分子工程博士生校友，也是这项研究的主要作者。"硅是那些有能力真正提高锂离子电池阳极方面的能量密度的材料之一，"Biswal说。"这就是为什么目前在电池科学中推动用硅的阳极取代石墨的原因。"然而，硅有其他的特性，带来了挑战。Biswal说："硅的一个主要问题是，它不断地形成我们称之为固体电解质间相或SEI层，实际上消耗锂。"当电池单元中的电解质与电子和锂离子发生反应时，该层就会形成，从而在阳极上沉积出一个纳米级的盐层。一旦形成，该层将电解质与阳极绝缘，防止反应继续进行。然而，在随后的充电和放电循环中，SEI可能会断裂，而且随着它的改革，它将不可逆转地进一步消耗电池的锂储备。QuanNguyen（左）和SibaniLisaBiswal"硅阳极的体积会随着电池的循环而变化，这可能会破坏SEI或以其他方式使其不稳定，"化学和生物分子工程博士校友、该研究的主要作者QuanNguyen说。"我们希望这层电池在以后的充电和放电循环中保持稳定。"由Biswal和她的团队开发的预lithiation方法提高了SEI层的稳定性，这意味着在它形成时耗损的锂离子更少。"预lithiation是一种策略，旨在补偿通常发生在硅上的锂损失，"Biswal说。"你可以把它看作是给一个表面打底，就像你在刷墙的时候，你需要先涂上一层底漆，以确保你的油漆粘住。预升华使我们能够给阳极'打底'，这样电池就能有更稳定、更长的循环寿命。"虽然这些颗粒和预升华并不是新的，但Biswal实验室能够以一种易于纳入现有电池制造工艺的方式改进这一过程。QuanNguyen拿着使用该研究中描述的预lithiation协议组装的电池之一Biswal说："这个过程的一个方面绝对是新的，Quan开发的是使用表面活性剂来帮助分散颗粒。这在以前没有报道过，它使你能有一个均匀的分散。因此，与其让它们在电池内结块或堆积成不同的口袋，不如让它们均匀分布。"Nguyen解释说，将颗粒与没有表面活性剂的溶剂混合在一起，不会产生均匀的涂层。此外，事实证明，与其他在阳极上应用的方法相比，喷镀法能更好地实现均匀分布。喷镀方法与大规模生产兼容。控制电池的循环容量对该过程至关重要。如果不控制电池的循环容量，更多的颗粒将触发在论文中发现和描述的这种锂捕获机制。但是如果用均匀分布的涂层循环电池，那么锂捕获就不会发生。"如果我们找到了通过优化循环策略和SLMP量来避免捕锂的方法，这将使我们能够更好地利用硅基阳极的更高能量密度。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369771.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369771.htm