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2020-10-14 解放日报 【字体：大 中 小】 语音播报
近日，中国科学技术大学季恒星教授研究组与合作者在《科学》杂志发表重大成果，使用全新设计的黑磷复合材料，令兼具高容量、快速充电且长寿命的锂离子电池成为可能，有望解决电动汽车充电时间较长的难题。 锂电池较高的能量密度，让手机、平板电脑等小型电子设备步入千家万户。2019年诺贝尔化学奖表彰的3位科学家，正是为锂电池发展做出了杰出贡献。从1991年商业化至今，锂电池的主流正负极材料没有太大改变，最常见的锂电池正极为钴酸锂材料，负极是碳材料。而中科大此次科研成果，正是将黑磷这种新材料添加到负极中。“这是国内锂电池研究的重大突破。”上海理工大学博士盛雷评价道。 黑磷是白磷在高温和高压强下转化形成的黑色的、有金属光泽的晶体，在磷的同素异形体中反应活性最弱，不会在空气中自燃。将黑磷添加到锂电池负极中，能增加电池负极材料的波谱性，聚集更多锂原子，增加电池容量，也能使锂离子更好地在正负极之间穿梭，提高电子穿梭效率。 在锂电池快充方面，去年美国发布一项前沿成果，在电池负极添加石墨烯以增强充放电性能。我国中科大在电池负极添加黑磷元素，可起到同样的电池性能增强效果。充电快，是人们对锂电池的一大期待，但并不是唯一期待。当前电动汽车锂电池的研究方向主要着重于四点：能量密度、功率密度、充电速度和安全性。“能量密度决定车能跑多远，功率密度决定车能跑多快，安全则是前提。”盛雷说，充电速度一直是国内锂电池研发的短板。无论是石墨烯锂电池，还是中科大研发的新型锂电池，理论上都有望10分钟甚至10秒内充满电。但实验室里可实现的充电速度，现实中能否达到，需要更多研究。同时，配套设施是否跟得上也是个问题，如果以不低于5倍率的电流给锂电池充电，那单根充电线可能要承载近千安培电流，这时若10余辆电动汽车同时充电，总输电线的粗细可能接近电线杆。 我国期望在2025年前将锂电池单体的能量密度提升至500Wh/kg，现在电池单体的能量密度刚超过300Wh/kg。即使500Wh/kg的能量密度目标实现，还存在电池热安全问题。比如现在将三元锂电池中镍、钴、锰三种材料的比例从之前的5：3：2变为8：1：1，虽能量密度大幅提升，但安全性却降低很多。盛雷补充说，中科大研制的新型锂电池可实现良好的快充功能，但在该型电池的功率密度和热安全性方面还没有详细报道。 （原载于《解放日报》 2020-10-14 08版）
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