近年來(lái),隨著便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車及可再生能源的迅速發(fā)展,高能量能源存儲(chǔ)器件成為新能源新材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。金屬鋰具有極高的理論比容量和理想的負(fù)極電位。以金屬鋰為負(fù)極的二次電池,具有高工作電壓、高能量密度等優(yōu)勢(shì),使得金屬鋰成為當(dāng)今能源存儲(chǔ)領(lǐng)域的首選材料。然而,現(xiàn)有鋰離子二次電池各項(xiàng)指標(biāo)諸如容量、循環(huán)壽命、充電速度等,均不能滿足消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的需求,因此,新型電極材料的研發(fā)成為重中之重。
新研究的復(fù)合金屬鋰電極在碳酸鹽電解液體系的循環(huán)過(guò)程中具有較小的尺寸變化、極高的比容量和良好的循環(huán)及倍率性能,其電壓曲線也相對(duì)平滑,突破了當(dāng)前制約金屬鋰電池大規(guī)模商業(yè)化的主要問題,即金屬鋰與電解液的副反應(yīng),循環(huán)過(guò)程中的電極尺寸變化,以及鋰枝晶的形成。前者很大程度上降低了電池的庫(kù)倫效率,影響了其電化學(xué)性能;后兩者則會(huì)給金屬鋰電池帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。
針對(duì)上述問題,該小組展開了一系列研究。經(jīng)過(guò)多次嘗試后,他們將目光轉(zhuǎn)向了納米技術(shù)。研究小組對(duì)材料表面特殊浸潤(rùn)性進(jìn)行深入研究后,首次提出了“親鋰性”這一概念,并利用表面“親鋰化”處理的碳質(zhì)主體材料,通過(guò)建立“親鋰”的界面材料體系,開創(chuàng)性地將金屬鋰融化之后,利用毛細(xì)作用吸入碳纖維網(wǎng)絡(luò)的空隙中,成功制備出含有支撐框架的復(fù)合金屬鋰電極。
復(fù)合金屬鋰電極由10%體積比的碳纖維和金屬鋰材料組成。碳纖維網(wǎng)絡(luò)具有良好的導(dǎo)電性,超高的機(jī)械強(qiáng)度和電化學(xué)穩(wěn)定性,因此,作為金屬鋰的主體框架材料是絕佳選擇。與之前的相關(guān)研究相比,梁正等人將金屬鋰融化,并依據(jù)不同材料的浸潤(rùn)性所提出的“親鋰”“疏鋰”概念,為金屬鋰電極研究提供了新思路,并且對(duì)其他領(lǐng)域的研究具有極高的借鑒作用。
該團(tuán)隊(duì)這一研究成果經(jīng)美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》在線發(fā)表后,受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注,多家媒體相繼對(duì)其進(jìn)行追蹤報(bào)道,被認(rèn)為是鋰電池研究領(lǐng)域的重大突破,F(xiàn)這項(xiàng)研究成果已申請(qǐng)美國(guó)發(fā)明專利。