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南加州大学周崇武教授团队成功研发新一代锂离子电池正负极纳米材料
2014/1/9 0:57:24 | 浏览:10385 | 评论:0

  南加州大学(USC)电子工程系周崇武(Chongwu Zhou)教授带领其研究团队中的博士生葛明圆,荣洁鹏经过多年的研究,近期在实验室成功研发了具有高容量,低成本,可快速充电,和长循环寿命的多孔硅颗粒负极材料和石墨烯包裹的硫基正极材料。两项研究成果分别发表在近期的《纳米快报》(《Nano Letters》)。周崇武教授指出,相关技术可成倍提高便携式电子设备,如手机和笔记本电脑的待机时间,及电动汽车的续航里程。

  锂离子电池是实现电动汽车产业化的核心技术。现有的锂离子电池使用了石墨负极和金属氧化物正极材料,有容量低,成本高,充电速度慢,循环寿命有限等缺点,并直接限制了电动汽车产业的快速发展。研发新型锂离子电池正极和负极材料是业界公认的解决问题的关键。

  周崇武教授课题组从2009年开始投身于新型锂离子电池电极材料的研发,经过多年的研究,于近期成功研发了纳米多孔硅颗粒的合成技术。该技术以冶金级硅粉为原料,经过化学腐蚀,成功制得了纳米级多孔硅颗粒。以此作为锂离子电池负极材料,可以提供传统负极材料3倍以上的比容量,和600次以上的稳定充放电循环,并将充电时间缩短到半小时以内。

  与此同时,周崇武教授研究团队还成功研发了石墨烯包裹的硫颗粒的合成技术。该技术以商业硫粉作为原材料,通过调节溶液的离子浓度,成功将石墨烯包裹在硫颗粒表面。石墨烯作为单层碳原子材料,在最小程度的增加额外重量的同时,最大程度地提高了材料整体的导电性,并稳定了硫颗粒。用该技术合成的硫基正极材料可以提供传统正极材料5倍以上的比容量,和1000次以上的稳定充放电循环,并将充电时间缩短到1小时以内。

  周崇武教授表示,这两项生产工艺,不仅合成了性能优异的电极材料,同时还具有原材料成本低廉,生产设备,及生产工艺造价低的优点。在新型锂离子电池产业化方面具有巨大的商业潜力。

参考文献:(文献全文请参见 http://nanolab.usc.edu/publications/2014.htm

  1. Large-Scale Fabrication, 3D Tomography, and Lithium-Ion Battery Application of Porous Silicon. DOI:10.1021/nl403923s
  2. Solution Ionic Strength Engineering As a Generic Strategy to Coat Graphene Oxide(GO)on Various Functional Particles and Its Application in High-Performance Lithium−Sulfur(Li−S)Batteries. DOI:10.1021/nl403404v
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