石墨烯铝电池新技术（石墨烯铝电池最新进展）

电化学储能技术是解决电动汽车和可再生能源并网发电问题的关键。采用有机溶剂作为电解质的锂离子电池在能量密度方面具有优势，但存在安全隐患且锂资源有限。相比之下，水系非锂离子电池具有安全性高、成本低的优点，在储能领域具有重要的应用前景。2013年以来，宁波材料所动力锂电池工程实验室积极布局非锂离子电池新概念电池研究，在水系离子新概念电池基础研究方面取得一系列进展报告2013,3,1946；ChemSusChem2014,7,2295；先进能源材料2015,5,；科学报告2015,5,；自然通讯2016,7,）。但水系离子电池的循环寿命较为有限，一般小于1000次，难以满足大规模储能的需求。2015年，斯坦福大学戴宏杰教授在《Nature》杂志上报道了一种新型铝离子电池。它因其耐用性、低可燃性和成本而受到学术界和工业界的广泛关注。

受这项工作的启发，动力锂电池工程实验室开展了以石墨烯为电极的铝离子电池的研究。近期研究工作题为“大尺寸少层石墨烯实现超快且长寿命的铝离子电池”在线发表于AdvancedEnergyMaterials(DOI:10.1002/aenm.)。在这项工作中，科研人员采用量产的多层石墨烯作为柔性正极，金属铝作为负极，离子液体作为电解质，构建了装置具有超长的循环寿命和超高性能。2V铝离子电池，具有高倍率性能。研究发现，二维鳞片石墨负极材料的厚度和横向尺寸均对AlCl4-离子的嵌入行为产生重要影响。与数千层的片状石墨相比，多层石墨烯的层数非常少，可以显着降低AlCl4-离子插入和扩散的活化能，使得电池具有超高倍率性能。充电和放电可在1分钟内完成。另一方面，由较大尺寸的多层石墨烯制成的电极具有更好的柔韧性和石墨化性，并且更能抵抗AlCl4-离子的重复嵌入和脱嵌，从而使电池具有更好的性能。超长循环寿命，次充放电循环后容量几乎无衰减。此外，本研究工作通过一系列精细表征，进一步揭示了AlCl4-离子在多层石墨烯、石墨等二维石墨正极材料中插层的化学机理，即由AlCl4-离子诱发的四阶和五阶结构。嵌入离子。变革机制。该研究工作不仅对铝离子电池石墨负极材料的选择具有重要的指导意义，而且对于实用化石墨烯基新型长寿命储能电池的开发具有重要的学术价值。

上述研究工作得到了中国科学院重点部署项目、中国科学院青促会项目、国家自然科学基金委和浙江省自然科学基金。

该研究的第一作者张乐元目前正在德克萨斯大学奥斯汀分校攻读博士学位。

使用石墨烯柔性电极和石墨涂层电极的铝离子电池放电模型

不同尺寸石墨烯和石墨阴极中插层离子诱导高阶结构变化的机制