傳統鋰離子電池都采用石墨類負極材料，在負極性能相似的情況下，鋰離子電池的性能很大程度上取決于正極材料。
研究表明：通過在鋰電池正負極材料中添加石墨烯，一是作為導電劑，二是作為負極電極嵌鋰材料，在降低電池內阻的同時，可以達到實現高倍率快充快放和大幅提高電池循環壽命以及提升電池耐受高低溫的性能的作用。
近日，哈爾濱工業大學王殿龍教授在石墨烯量子電池領域取得重大突破。通過實驗和理論計算，他們發現自主研發的納米石墨烯/LiFePO4電池在水溶液中具有超快充放電速度，在200C（3600/200=18秒）充放電倍率下，容量可保持理論容量的92%。這一倍率性能超過2009年MIT Ceder教授在Nature上報道的最快充放電速度（150 C下容量保持56%），同時也發現比同等條件下有機電解液的充放電速度快約10倍。
通過電化學實驗和模擬及量子化學第一性原理計算，發現納米石墨烯/LiFePO4超充放電的機理，關鍵是LiFePO4納米顆粒與不同電解液接觸形成的新的固液界面結構，該固液界面的結構成為鋰離子脫嵌過程及鋰離子輸運速度的決速步。
石墨烯/LiFePO4與水溶液電解質接觸后，表面化學吸附鍵合水分子的氧原子彌補了表面的對稱性破缺，形成了與體相對稱性一樣的結構，同時又形成了一層水合界面。這層界面不僅有類似于體相的結構，同時也具有溶液中鋰離子的水合結構，這將降低鋰離子在界面處的脫嵌能壘，有利于鋰離子溶劑化和去溶劑化過程。
此項研究將為今后進一步提高納米量子電容電池倍率性能提供新的方法和視角，即通過調控正極材料的界面性質提高電容電池的倍率性能。
資料來源：消費日報
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