韓國科學(xué)家研發(fā)出新型鋰離子電池材料 提高了電池的儲能能力和充電速度
6 月 26 日消息，韓國浦項科技大學(xué)(POSTECH)的金元培教授和他的團(tuán)隊利用錳鐵氧體(Mn3-xFexO4)納米片作為鋰離子電池的陽極材料，通過調(diào)控電子自旋，提高了電池的儲能能力和充電速度。該項研究成果已發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》雜志上，并被選為封面文章。
據(jù)IT之家了解，目前即使使用快充方法，電動汽車的充電時間通常也至少需要 30 分鐘。如果我們能像加油一樣快速地為電動汽車充電，就可以緩解充電站的短缺問題。
鋰離子電池的效率取決于陽極材料儲存鋰離子的能力。近日，金元培教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊開發(fā)出了一種新型的陽極材料。他們采用了一種新穎的自混合方法，通過一個簡單的置換反應(yīng)過程，合成了具有較大表面積的錳鐵氧體納米片。這種新型材料可以儲存更多的鋰離子，突破了其理論極限。
在這項研究中，研究團(tuán)隊設(shè)計了一種新方法來合成錳鐵氧體納米片，這種材料既有優(yōu)異的鋰離子儲能能力，又有良好的鐵磁性。首先，在混合了錳氧化物和鐵的溶液中進(jìn)行了一次置換反應(yīng)，形成了一個異質(zhì)結(jié)構(gòu)化合物，內(nèi)部是錳氧化物，外部是鐵氧化物。然后，團(tuán)隊利用水熱法制備出厚度僅為納米級的錳鐵氧體納米片。這種方法利用了高自旋極化的電子，顯著提高了儲存大量鋰離子的能力。
這項創(chuàng)新使得團(tuán)隊有效地超越了錳鐵氧體陽極材料的理論容量 50% 以上。增加了陽極材料的表面積，使得大量的鋰離子可以同時移動，從而提高了電池的充電速度。實驗結(jié)果顯示，只需要 6 分鐘就可以為與目前市場上電動汽車相當(dāng)容量的電池充滿電。
這項研究簡化了制備陽極材料的復(fù)雜過程，在提高電池容量和加快充電速度方面取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人金元培教授表示，“我們提供了一種新的理解，如何通過利用電子自旋對表面進(jìn)行改性，來克服傳統(tǒng)陽極材料的電化學(xué)限制，并增加電池容量。”他對這項發(fā)展表示樂觀，認(rèn)為它可能會提高電動汽車的電池壽命和降低充電時間。
這項研究得到了韓國國家研究基金會和科學(xué)技術(shù)通信部的中期研究者計劃和先進(jìn)研究中心計劃，以及貿(mào)易工業(yè)能源部的下一代可充電鋰離子電池性能提升和新制造技術(shù)開發(fā)計劃的支持。
這可能是鋰離子電池化學(xué)領(lǐng)域的一個重大突破。如果這項技術(shù)能夠商業(yè)化，將樹立一個新的標(biāo)準(zhǔn)。即使對于手機(jī)等小型系統(tǒng)來說，容量增加 50% 也將是一個重大變化。而且，保持相同的容量也可以節(jié)省鋰的使用量。而 6 分鐘充滿電則更是前所未聞，希望這項技術(shù)能夠盡快實現(xiàn)商業(yè)化。
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