浙大研制出新型超级电池：充电5秒钟可通话2小时

近日，浙江大学高分子科学与工程学系高超团队研制出的新型铝-石墨烯电池。这种电池可以在零下40摄氏度到120摄氏度的环境中工作，可谓既耐高温，又抗严寒。在零下30摄氏度的环境中，这种新型电池能实现1000次充放电性能不减，而在100摄氏度的环境中，它能实现4.5万次稳定循环。这种新型电池是柔性的，将它弯折一万次后，容量完全保持；而且，即使电芯暴露于火焰中也不会起火或爆炸。

12月15日，相关论文Ultrafast all-climate aluminum-graphene battery with quarter-million cycle life发表于Science Advances，第一作者为团队的陈皓博士。

电池在高温下不燃烧

耐热耐冻耐弯折的“长寿”电池

一片片泛着金属光泽的深灰色薄膜，就是团队最新研发的石墨烯—铝电池。它的正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝。把两片电池串联在一起，就能点亮一组LED灯。经过测试，石墨烯正极的比容量达到120mAh/g（毫安时每克），在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量；同时其倍率性能优异，快速充电可1.1秒内充满电，仍具有111mAh/g的可逆比容量。

铝-石墨烯电池点亮了印有“ZJU120”的LED灯串

相比于锂电池，高超课题组研发的铝-石墨烯电池展现出明显优势：一般电池随着反复充放电，比电容量会不断降低，这就是俗话说的‘不耐用’。

但这块长相“毫不起眼”的铝-石墨烯电池在这一点上则表现优异。如果把一次充电—放电作为一次循环，这种电池经历25万次循环，比电容量仍高达91%，几乎没有损失。

如果智能手机用上这种电池，每天哪怕充电10次，也能用上近70年。

“这种铝—石墨烯‘超级’电池，倍率性能和循环寿命远远超过其他电池，比超级电容器具有更高的能量密度，相当的倍率性能和循环寿命。”高超说。

铝电池体系迈出一大步

铝是地壳中含量最丰富的金属元素，廉价安全，在电池制备中是一种理想的负极材料。但是多年来，铝电池的整体性能仍然比不上锂离子电池和超级电容器。关键问题是要设计出能与铝匹配、高效工作的正极材料，才能真正发挥出色的电化学性能。

2015年，斯坦福大学的戴宏杰课题组在Nature杂志发表工作，采用高温裂解石墨泡沫来制作正极，首次实现了比容量较高且可长循环的铝离子电池。高超课题组受此启发，尝试用石墨烯膜来制作铝电池的电极。

经过一年半摸索和积累，高超团队提出了石墨烯正极材料的“三高三连续”设计原则。

“三高三连续”设计原则

“电池的性能，关键取决于电子和离子在正极和负极之间‘奔跑’的状态。”高超说，电极材料要让尽可能多的电子和离子畅通地奔跑，或者快速‘归位’。如果路不够多或者道路拥挤，性能就会受到影响。“三高”指微观结构的高质量、高取向、高孔道率；“三连续”指宏观结构上有连续的导电网络、连续的离子传输通道和连续的离子嵌层通道。