以石墨烯為電極的鋁離子電池的研究

電化學(xué)儲能技術(shù)是解決電動汽車和可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。以有機溶劑為電解質(zhì)的鋰離子電池具有能量密度優(yōu)勢，但存在安全隱患，鋰資源有限。而水系統(tǒng)非鋰離子電池(如鈉離子、鉀離子、鋅離子、鎂離子等)則具有安全性高、成本低的優(yōu)點，在儲能領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。自2013年以來,寧波的動態(tài)鋰離子電池工程實驗室信息技術(shù)與工程研究所,我國科學(xué)院前瞻性地提出了研究新概念non-lithium離子電池的電池,并取得了一系列的進(jìn)展新概念上的基礎(chǔ)研究離子電池的水系統(tǒng)。然而，河流離子電池的循環(huán)壽命相對有限，一般小于1000倍，難以滿足大規(guī)模儲能的要。

由美國hongjiedai,斯坦福大學(xué)教授在2015年自然(2015、520、324)報道,激發(fā)了一種新型的鋁離子電池、動力鋰離子電池由寧波信息工程實驗室開放石墨烯電極鋁離子電池進(jìn)行討論,在這工作,科研人員選擇靈活的陽極,多層石墨烯的生產(chǎn)金屬作為陽極,鋁離子液體作為電解液,超長循環(huán)壽命，高性能2v鋁離子電池。結(jié)果表明，二維片狀石墨陽極的厚度(層數(shù))和橫向尺度對AlCl4離子的包埋行為有重要影響。與片狀石墨相比有1000層,多層石墨烯的層數(shù)是非常小(小于10層),可顯著降低活化能AlCl4-離子嵌入和擴散,使電池具有超高乘數(shù)性能,所以充電和放電可能在1分鐘之內(nèi)完成。另一方面,多層石墨烯的電極由一個更大的規(guī)模有更好的靈活性和石墨化程度,和更寬容的重復(fù)插入和刪除AlCl4-離子,然后允許電池執(zhí)行循環(huán)壽命極長,幾乎沒有衰減能力10000年之后充電和放電周期。此外，通過一系列精細(xì)表征，研究工作進(jìn)一步揭示了AlCl4-離子在二維石墨如多層石墨烯、石墨等正極數(shù)據(jù)中的插層化學(xué)機制，即插層離子誘導(dǎo)四階和五階結(jié)構(gòu)變化的機制。研究工作不僅對鋁離子電池中石墨正極數(shù)據(jù)的選擇具有重要的指導(dǎo)意義，而且對開發(fā)實用的石墨烯基新型長壽命儲能電池具有重要的學(xué)術(shù)價值。

上述研究工作得到了我國科學(xué)院的關(guān)鍵部署項目(kgzd-ew-t08-2),該計劃促進(jìn)青年的我國科學(xué)院(2017341),國家自然科學(xué)基金(51404233)和浙江省自然科學(xué)基金(LY15B030004)。