克拉克森大学新型电极提升电池容量 并可快速充电

图源：克拉克森大学

电动汽车和其他移动设备可以使用快速充电电池，在很小的空间内存储大量的能量。据外媒报道，克拉克森大学的团队为此类电池设计电极。他们采用新合成技术，生产由纳米硒－碳复合材料制成的电极片，新正极具有可充电电池必需的电气和机械性能。

这是高能量密度电池设计的新范例，采用硒浸渍单片碳，作为高体积能量锂和钠金属电池的独立正极。新电极为电池设计带来三大优势，在很小的空间内存储大量能量、电池很耐用、充电很快。这些是电动车等移动电池应用的重要因素。

目前，科学文献中重点关注的是电池的比能量（单位重量的能量）。但是，对于汽车和其他移动应用来说，能量密度（单位体积的能量）才是应该首先考虑的因素。该项研究提出全新电池材料设计方法，解决这一未被充分认识的关键因素，从根本上背离现有先进技术。与制造传统的纳米结构高比表面积多孔电极相比，这项工作采取相反的方法，创建致密无孔的单片电极片材。该片材是机械性自支撑，可能完全不需要正极集电器，进一步减少电池体积。在汽车和电网应用中，硒金属电池正在成为传统离子电池的高能替代品。

按体积计算，新型电池正极（由硒和碳构成的致密结构）的能量是多孔硒材料的两倍。由于硒碳电极在内部保持纳米结构，其充电速度和电池可循环性（电极损坏前的充电次数）均表现优异。硒碳电极的体积密度相对较高，为2.37g/cc，理论电荷容量（体积容量）达到1121mah/cc。对于锂（Li）存储，该正极提供1028 mah/cc的可逆容量，在300次充放电循环后保持82%的容量。

新电极的体积能量密度无与伦比，Li-Se为1,727 Wh / L（商用锂离子电池为770 Wh / L），Na-Se为980 Wh / L，两者的总复合体积相当。在不同充电速率下，随着电流密度的增加，均能够维持超过60％的容量，使其成为大功率电池系统和汽车快速充电应用的理想选择。