近年來，隨著筆記本電腦、手機等便攜式電子設(shè)備以及新能源與清潔能源汽車的快速發(fā)展，市場對電池的需求越來越大。傳統(tǒng)的電池電極制備工藝涉及打膠、配料、勻漿、涂布、輥壓、烘烤等近十個步驟，過程繁瑣復(fù)雜;還需要使用粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、集流體等諸多非活性材料，極大地增加了電池的制備成本并使其實際能量密度大打折扣。日前，從天津大學(xué)了解到，天津大學(xué)“英才計劃”特聘研究員吉科猛團隊聯(lián)合湖南大學(xué)譚勇文教授團隊利用鈷磷合金研發(fā)出僅用一步即可制成電池電極的電化學(xué)腐蝕制備技術(shù)。該相關(guān)研究成果《基于鈷磷合金箔工程設(shè)計用于高效電化學(xué)儲能的集成型一體化電極》發(fā)表在國際頂級期刊《先進(jìn)材料》上。
新技術(shù)只需要將鈷磷合金放入通電的食鹽溶液中進(jìn)行選擇性腐蝕和電位調(diào)控氧化，便可一步制得電池電極。傳統(tǒng)工藝制成的電極如石墨負(fù)極系由活性物質(zhì)顆粒與非活性助劑混合后無序堆積而成，該電極則在組成上實現(xiàn)了氧化鈷和磷化鈷兩種高活性鈷基化合物的協(xié)同集成，并在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了三維網(wǎng)絡(luò)孔狀一體結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。得益于其一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，該電極材料可以像芯片一樣直接組裝電池，而不需要像其它電極材料再進(jìn)行配料、勻漿、涂布等繁瑣步驟才能用于電池組裝，大大簡化了電池的制備工序。整個電極制備過程不到一個小時，安全綠色且易規(guī)模化。
用該技術(shù)制成的鈷基化合物電極的活性物質(zhì)密度是傳統(tǒng)石墨電極的2至3倍?；钚晕镔|(zhì)密度越高，電極的單位體積儲電量就越高。研究結(jié)果顯示，新研發(fā)的鈷基化合物電極儲電量是同體積石墨電極儲電量的5倍。該 電極集成型組成的協(xié)同作用和一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計也使其充電速率比傳統(tǒng)石墨電極快了近10倍，滿充滿放時的循環(huán)壽命超過6000次，是市售鋰電池循環(huán)壽命的2至4倍。
“利用這種技術(shù)制備電極只需要兩種原材料，一個是人們?nèi)粘Ｉ钪谐缘氖雏}，另一個也是工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)非常成熟的金屬合金，除此之外不再需要任何其他助劑和傳統(tǒng)必須使用的集流體。由于食鹽和合金都非常常見且價格低廉，因而我們研發(fā)的這種集成型一體化電極具有非常顯著的成本優(yōu)勢，優(yōu)異的儲能性能也使其有著十分廣闊的應(yīng)用前景。” 吉科猛研究員介紹道。
該電極制備技術(shù)的成功研發(fā)為新型集成型一體化儲能電極的發(fā)展開辟了新思路，拓展了工業(yè)合金的高附加值應(yīng)用領(lǐng)域，并可助力于推動電化學(xué)腐蝕技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。該研究項目獲得了國家自然科學(xué)基金、天津市科技計劃項目以及天津大學(xué)國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺的支持。(劉菲菲 張華)
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