“充电5秒钟通话2小时”不再是神话 浙大研发成功新材料超级电池

　　浙江在线12月25日讯（浙江在线编辑 金英磊）刚刚过完冬至，口袋里的手机又到了“冻不冻”就黑屏关机的时刻。除了在低温、高温条件下电池效能不稳定，在使用一两年后，电池的续航能力也大打折扣。不过在不久的将来，这些问题也许都将被解决。

　　近日，浙江大学高分子科学与工程学系高超团队研制出的新型铝-石墨烯电池。这种电池是柔性的，将它弯折一万次后，容量完全保持。它可以在零下40摄氏度到120摄氏度的环境中工作，可谓既耐高温，又抗严寒。在零下30摄氏度的环境中，这种新型电池能实现1000次充放电性能不减，而在100摄氏度的环境中，它能实现4.5万次稳定循环，哪怕电芯暴露于火焰中时也不会起火或爆炸。更让人欣慰的是，这款超级电池号称充电速度超快，据实验数据显示，充满电只需要1.1 秒。“未来如果用到手机上，充电5秒钟通话2小时是完全可能的。”

　　一片片泛着金属光泽的深灰色薄膜，就是团队最新研发的石墨烯—铝电池。它的正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝。相比于锂电池，高超课题组研发的铝-石墨烯电池展现出明显优势：一般电池随着反复充放电，比电容量会不断降低，这就是俗话说的“不耐用”。

柔性铝-石墨烯电池点亮了“ZJU 120”LED灯串

　　但这块长相“毫不起眼”的铝-石墨烯电池在这一点上则表现优异。如果把一次充电—放电作为一次循环，这种电池经历25万次循环，比电容量仍高达91%，几乎没有损失。如果智能手机用上这种电池，每天哪怕充电10次，也能用上近70年。

　　铝离子电池是一种优秀的新型电池，其实用化的关键是找到合适的正极材料。浙大高分子系高超教授课题组选择石墨烯这一神奇材料，以创新工艺制备成独特的石墨烯膜作为正极材料，大大提升了铝离子电池的整体性能，与现在主流的锂电池和超级电容器相抗衡的远景十分看好。12月15日，相关论文发表于国际著名期刊《科学进展》。

高超课题组

　　“这种铝—石墨烯超级电池，倍率性能和循环寿命远远超过其他电池，比超级电容器具有更高的能量密度，相当的倍率性能和循环寿命。”高超说。

　　2015年，斯坦福大学的戴宏杰课题组在Nature杂志发表工作，采用高温裂解石墨泡沫来制作正极，首次实现了比容量较高且可长循环的铝离子电池。高超课题组受此启发，尝试用石墨烯膜来制作铝电池的电极。经过一年半摸索和积累，高超团队提出了石墨烯正极材料的“三高三连续”设计原则。

　　研发团队表示，“电池的性能，关键取决于电子和离子在正极和负极之间‘奔跑’的状态。”该石墨烯电池正极材料采用“三高三连续”设计原则，拥有连续孔道，就像四通八达的高速公路，让尽可能多的电子和离子畅通地奔跑，或者快速‘归位’。

　　“三高”指微观结构的高质量、高取向、高孔道率；“三连续”指宏观结构上有连续的导电网络、连续的离子传输通道和连续的离子嵌层通道。

　　【商业化仍有挑战】

　　高超课题组的新型电池给我们展示了美好的前景：比如，手机充电数秒就完成，在极寒和高温环境中能自如工作，不用担心电池爆炸，不用担心电池老化。但是，高超说，这离真正商业化还有很大的挑战，需要更多科学家的努力和投入才能实现。

　　高超说，目前的正极比容量、输出电压及面负载量还有较大的提升空间，能量密度不足以与锂离子电池相匹敌，今后还需在保持高功率密度的基础上进一步提高能量密度。此外，目前经典的离子液体电解质价格较贵，如果可以找到更廉价的电解质，铝离子电池的商业前景将更宽广。

　　（综合浙江日报、钱江晚报、澎湃新闻等消息）