韓國(guó)科學(xué)家研發(fā)出新型鋰離子電池材料 提高了電池的儲(chǔ)能能力和充電速度
6 月 26 日消息，韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)(POSTECH)的金元培教授和他的團(tuán)隊(duì)利用錳鐵氧體(Mn3-xFexO4)納米片作為鋰離子電池的陽(yáng)極材料，通過(guò)調(diào)控電子自旋，提高了電池的儲(chǔ)能能力和充電速度。該項(xiàng)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(dòng)汽車的充電時(shí)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(dòng)汽車充電，就可以緩解充電站的短缺問(wèn)題。
鋰離子電池的效率取決于陽(yáng)極材料儲(chǔ)存鋰離子的能力。近日，金元培教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種新型的陽(yáng)極材料。他們采用了一種新穎的自混合方法，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的置換反應(yīng)過(guò)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(chǔ)存更多的鋰離子，突破了其理論極限。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新方法來(lái)合成錳鐵氧體納米片，這種材料既有優(yōu)異的鋰離子儲(chǔ)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(gè)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(duì)利用水熱法制備出厚度僅為納米級(jí)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(chǔ)存大量鋰離子的能力。
這項(xiàng)創(chuàng)新使得團(tuán)隊(duì)有效地超越了錳鐵氧體陽(yáng)極材料的理論容量 50% 以上。增加了陽(yáng)極材料的表面積，使得大量的鋰離子可以同時(shí)移動(dòng)，從而提高了電池的充電速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，只需要 6 分鐘就可以為與目前市場(chǎng)上電動(dòng)汽車相當(dāng)容量的電池充滿電。
這項(xiàng)研究簡(jiǎn)化了制備陽(yáng)極材料的復(fù)雜過(guò)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(duì)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(guò)利用電子自旋對(duì)表面進(jìn)行改性，來(lái)克服傳統(tǒng)陽(yáng)極材料的電化學(xué)限制，并增加電池容量。”他對(duì)這項(xiàng)發(fā)展表示樂(lè)觀，認(rèn)為它可能會(huì)提高電動(dòng)汽車的電池壽命和降低充電時(shí)間。
這項(xiàng)研究得到了韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)和科學(xué)技術(shù)通信部的中期研究者計(jì)劃和先進(jìn)研究中心計(jì)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(kāi)發(fā)計(jì)劃的支持。
這可能是鋰離子電池化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。如果這項(xiàng)技術(shù)能夠商業(yè)化，將樹(shù)立一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。即使對(duì)于手機(jī)等小型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，容量增加 50% 也將是一個(gè)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(xiàng)技術(shù)能夠盡快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
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