《中美研究人员研制出新型黑鳞复合材料,充电9分钟可恢复80%电量》

  • 来源专题:后摩尔
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2020-11-03
  • 据新材料在线10月12日消息,中国科学技术大学与美国加州大学洛杉矶分校、中国科学院化学研究所等机构合作,研制出一种新型黑鳞复合材料。该材料具备特殊的层状结构,理论上有很强的离子传导能力及电荷容量,是一种极具潜力的快充电池材料。研究人员使用高能球磨办法获得了黑磷纳米片与石墨纳米片并肩平行排列且通过碳-磷共价键连接的复合材料,使锂离子能够在复合材料内高效穿梭。研究结果表明,基于黑鳞复合材料的电极片具备优异的性能,9分钟内可充入80%的电量,2000次循环之后依然有90%的电荷容量。

    这项成果10月9日发表于国际权威学术期刊《科学》。

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  • 《中国学者新研究:新材料让锂离子电池9分钟充电80%》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-10-21
    • 10月14日获悉,中国科学技术大学季恒星教授研究组与美国加州大学洛杉矶分校、中国科学院化学研究所等机构合作,在新型锂离子电池电极材料研究方面取得重大突破:全新设计的黑磷复合材料使锂离子电池兼具高容量、快速充电且长寿命成为可能。这项成果发表在《科学》杂志上。 如今电动汽车愈发受到市场青睐,但漫长的充电时间也让人望而却步。传统燃油汽车仅需5分钟即可满油增程500公里,而目前市售最先进的电动汽车则需要“坐等”充电一小时才能达到同样的增程效果。发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是电动汽车行业的重要目标。中国科学技术大学的这项最新研究突破使人类距离该目标更近了一步。 论文第一作者金洪昌博士介绍:“在锂离子电池中,能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池,因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键;另一方面,单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是一个重要因素。” 黑磷是白磷的同素异形体,特殊的层状结构赋予了它很强的离子传导能力和高理论容量,是极具潜力的满足快充要求的电极材料。然而黑磷容易从层状结构的边缘开始发生结构破坏,实测性能远低于理论预期。 为此,季恒星团队采用“界面工程”策略将黑磷和石墨通过磷碳共价键连接在一起,在稳定材料结构的同时提升了黑磷石墨复合材料内部对锂离子的传导能力。针对电极材料在工作过程中会被电解液逐渐分解的化学物质所包裹,部分物质会阻碍锂离子进入电极材料,就像玻璃表面的灰尘阻碍光线穿透一样。研究团队用轻薄的聚合物凝胶做成防尘外衣“穿”在黑磷石墨复合材料表面,使锂离子得以顺利进入。 “我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明,电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量,2000次循环后仍可保持90%的容量。”论文共同第一作者、中国科学院化学研究所研究员辛森介绍说,“如果能够实现这款材料的大规模生产,找到匹配的正极材料及其他辅助材料,并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计,将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。” 这样的锂离子电池能够使电动汽车的行驶里程接近1000公里,而特斯拉Model S满电后的行驶里程为650公里。快速充电能力将使电动汽车的用户体验上升一个台阶。
  • 《新研究研制出类石榴结构新型复合吸波材料》

    • 来源专题:先进材料
    • 编译者:张迪
    • 发布时间:2023-11-12
    • 来自科学网 新研究研制出类石榴结构新型复合吸波材料. 记者5月27日从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员孙承林、副研究员顾彬等和大连理工大学段玉平教授合作,在构筑高效复合吸波材料方面取得新进展,设计并制备了一种具有类石榴结构的磁性树脂衍生碳复合吸波材料,通过组分调控和微观结构设计引入了多重电磁波损耗机制,使该复合材料表现出了优异的吸波性能。 随着电子信息技术的快速发展,电磁干扰问题日益严峻,有效的吸波材料尤其是针对GHz频段的电磁波,对电子安全和医疗保健等领域具有重要意义。根据吸波机制,可将吸波材料分为磁损耗型和介电损耗型,其中单一磁损耗吸波材料存在斯诺克极限、易腐蚀、易聚集、密度大等缺点,而单一的介电损耗材料(如碳材料)也存在阻抗不匹配,损耗机制单一的问题。 为解决这些问题,研究人员提出了组分调控和微观结构设计两个解决策略,即以具有可控分子结构和物理化学性质的合成树脂作为碳源,耦合磁损耗组分,进行有效的多组分调控,形成多重损耗机制,实现电磁参数和吸波性能的有效调节。此外,研究人员对微观结构进行设计调控,构筑出具有类石榴结构的Fe3C@GC/AC复合材料,解决现有吸波材料存在的磁性颗粒尺寸分布不均匀、易聚集等问题。 实验结果表明,独特的类石榴结构优化了阻抗匹配,同时提升了界面极化损耗和磁损耗。在反射损耗、界面极化、偶极极化、电导损耗以及磁损耗的共同作用下,研究人员制备出的复合吸波材料在2.08mm的厚度下,实现了高达-96.3dB(99.99999%)的反射损耗值,有效吸收带宽为6.38GHz(覆盖了Ku波段)。当模拟厚度在1.0至5.0mm间调变时,88%的测试波段(3.9至18 GHz)均可以实现有效吸收。 作者:郝晓明 来源:科技日报 发布时间:2023/5/28 15:31:34