可充電鋁離子電池由于低成本、高安全性、鋁金屬負(fù)極的高容量等優(yōu)點(diǎn)，在新一代能源系統(tǒng)中頗具前景。充電5分鐘，通話2小時(shí)的廣告，對(duì)鋁離子電池來說，不過是小菜一碟。

圖1. 超快速充電的鋁離子電池

問題在于：鋁離子電池正極材料容量較低，而且使用壽命短、比率放電能力不強(qiáng)，是鋁離子電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的重要阻礙。

有鑒于此，浙江大學(xué)高超課題組開發(fā)了一種高品質(zhì)特殊結(jié)構(gòu)石墨烯正極材料，構(gòu)建了超高性能的鋁離子電池。

圖2. 石墨烯正極材料設(shè)計(jì)

研究人員首先通過流延涂布或濕法紡絲技術(shù)的氧化石墨烯薄膜液晶溶液制備氧化石墨烯膜，然后通過化學(xué)還原和高溫退火，制備得到還原氧化石墨烯膜。

還原氧化石墨稀膜的高度組裝，賦予其高度取向結(jié)構(gòu)，可保證高的力學(xué)強(qiáng)度和楊氏模量。高溫退火和伴隨的氣體壓力確保了無缺陷高品質(zhì)和高通道結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)更高的容量、連續(xù)的電子傳遞、連續(xù)的離子擴(kuò)散和連續(xù)的電解質(zhì)透過性，以及反應(yīng)液和電解質(zhì)之間更快的氧化還原反應(yīng)。

圖3 石墨烯正極材料的結(jié)構(gòu)表征

這種正極在400 A g-1(1.1 s)超高電流密度下循環(huán)25萬次，還能實(shí)現(xiàn)120 mAh g-1的比容量，容量保持率高達(dá)91.7%。同時(shí)，在400 A g-1(1.1 s)電流密度下，比率放電能力達(dá)到111 mAh g−1。在比率放電能力和循環(huán)性能上，打破了記錄。

圖4 石墨烯正極材料的電化學(xué)性能

圖5. 鋁-石墨烯電池性能

基于這種正極材料組裝的Al-石墨烯電池可在-40-200℃的全天候溫度條件下正常工作，并且具有良好的柔性，可滿足1萬次的折疊，適用于各種可穿戴電子器件。

總之，這項(xiàng)研究為超級(jí)電池研究指明了新的道路!

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