據(jù)天津大學(xué)新媒體中心消息，近日，天津大學(xué)許運(yùn)華教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華南理工大學(xué)黃飛教授團(tuán)隊(duì)等單位，成功研制出一種新型有機(jī)正極材料，解決了傳統(tǒng)有機(jī)鋰電池“電量低”“難以實(shí)用化”等關(guān)鍵瓶頸。相關(guān)研究成果已于北京時(shí)間2月19日發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》。
目前，主流鋰電池正極材料大多使用鈷、鎳等無機(jī)礦物，這類材料面臨資源、成本、安全及柔性不足等多重挑戰(zhàn)。相比之下，有機(jī)電極材料取材廣泛，其分子可靈活設(shè)計(jì)且自身柔韌，被視為極具潛力的“綠色電池新星”。然而，這類材料一直難以兼顧高容量與大負(fù)載，導(dǎo)致制成的電池往往“電量”不足或充電緩慢，嚴(yán)重阻礙其實(shí)用化進(jìn)程。
為解決這一困境，該研究團(tuán)隊(duì)在新型n型導(dǎo)電聚合物材料聚（苯并二呋喃二酮）（PBFDO）基礎(chǔ)上，系統(tǒng)調(diào)控了材料中電子與鋰離子的“協(xié)同傳輸”效率，成功研制出一種兼具優(yōu)異電子導(dǎo)電性、鋰離子快速傳輸能力和高儲(chǔ)能容量的有機(jī)正極材料。
基于此材料，團(tuán)隊(duì)制備出一款能量密度超過250瓦時(shí)/公斤的有機(jī)軟包電池。這一數(shù)值已超越目前廣泛使用的磷酸鐵鋰電池，且該電池展現(xiàn)出卓越的溫度適應(yīng)能力，不僅能在-70℃到80℃的極端溫度下正常工作，還兼具良好的柔韌性與安全性，為未來電池設(shè)定了高性能與高安全兼顧的新標(biāo)準(zhǔn)。
能量密度超過250瓦時(shí)/公斤的有機(jī)軟包電池
實(shí)驗(yàn)表明，其電極在彎折、拉伸甚至外力擠壓后仍保持完好，且電池容量不減。團(tuán)隊(duì)研制的安時(shí)（Ah）級別軟包電池成功通過了嚴(yán)格的針刺安全測試，在充放電過程中不變形，安全性得到驗(yàn)證，標(biāo)志著有機(jī)電池從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。
有機(jī)軟包電池性能圖
“這項(xiàng)工作突破了電池技術(shù)的資源與環(huán)境約束，不僅實(shí)現(xiàn)了可與商用電池媲美的高能量密度，更同步兼顧了安全性能和極寬的溫度適應(yīng)性。”許運(yùn)華教授表示，該成果為未來開發(fā)“綠色電池”奠定了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)，其柔性特質(zhì)也為未來柔性電子、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域提供了全新的儲(chǔ)能解決方案。
團(tuán)隊(duì)科研照片
據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)正加快推進(jìn)該技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，致力于建設(shè)有機(jī)軟包電池生產(chǎn)線，積極探索其商業(yè)化應(yīng)用前景，助力我國在下一代電池技術(shù)競爭中占據(jù)先機(jī)。
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